KR101110068B1

KR101110068B1 - 미세조류 바이오연료 제조 방법

Info

Publication number: KR101110068B1
Application number: KR1020110050438A
Authority: KR
Inventors: 강도형; 허수진; 오철홍; 아판 아부; 김태호
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-02-15

Abstract

본 발명은 미세조류 바이오연료 제조 방법을 제공한다. 상기 미세조류 바이오연료 제조 방법은 순환 유로가 형성되며, 플랜트 실내에 에워싸이는 배양조에 미세 조류를 포함하는 유체를 저장하는 유체 저장 단계와, 상기 유체를 상기 순환 유로를 따라 연속적으로 순환시키는 유체 순환 단계와, 상기 플랜트 실내의 내부 공간 온도값을 기설정되는 온도값 범위에 포함시키고, 상기 플랜트 실내의 내부 공간 온도값에 따라 상기 배양조의 온도값을 제어하는 온도 조절 단계와, 상기 유체로부터 미세 조류를 분리하여 착유하는 분리 및 착유 단계를 포함한다.

Description

미세조류 바이오연료 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MICROALGAE BIOFUEL}

본 발명은 미세조류 바이오연료 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세조류를 대량으로 배양하여 바이오 연료를 제조할 수 있는 미세조류 바이오연료 제조 방법에 관한 것이다.

근래에 들어, 클로렐라(chlorella)나 스피룰리나(spirulina)와 같은 미세조류는 식이보조제, 건강보조식품, 수산 양식용 사료, 대체의약품 및 에너지 자원 등의 다양한 소재물질로 개발되고 있다.

이와 같은 미세조류는 담수 또는 해수에 서식하며 뿌리, 줄기, 잎이 없는 단세포형의 식물로서 엽록소를 가지고 광합성을 한다.

특히, 미세조류는 식물성 지방산, 단백질, 미네랄 및 각종 비타민이 함유되어 있기 때문에, 건강식품 등에 활용도가 크다.

상기 미세조류는 배양 환경 조건에 따라 빠른 성장과 증식활동으로 단시일 내 많은 양을 수확할 수 있는 장점이 있기 때문에, 바이오디젤의 원료로서 무한한 잠재성을 가진다. 또한, 미세조류는 실험실 조건과 유사한 밀폐형 환경에서 성장될 수 있기 때문에 조류에 대한 오염 위험이 상대적으로 낮다. 그러나, 이는 대량으로 배양하기 어려운 문제를 갖는다.

따라서, 근래에는 미세조류에 대한 배양 온도 및 광합성과 같은 성장 조건을 용이하게 제어하여 대량으로 배양함을 통해, 미세조류 바이오연료를 대량 생산할 수 있는 방법에 대한 기술이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 배양 온도 및 광합성과 같은 성장 조건을 용이하게 제어하여 미세조류를 대량으로 배양함과 아울러, 미세조류 바이오연료를 대량 생산할 수 있는 미세조류 바이오연료 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 제한된 플랜트의 내부 공간에서 미세조류를 연속적으로 순환시킴과 아울러, 미세조류에 연속적으로 산소를 제공하여 미세조류를 용이하게 성장시킬 수 있는 미세조류 바이오연료 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 미세조류 바이오연료 제조 방법을 제공한다.

상기 미세조류 바이오연료 제조 방법은 순환 유로가 형성되며, 플랜트 실내에 에워싸이는 배양조에 미세 조류를 포함하는 유체를 저장하는 유체 저장 단계와; 상기 유체를 상기 순환 유로를 따라 연속적으로 순환시키는 유체 순환 단계와; 상기 플랜트 실내의 내부 공간 온도값을 기설정되는 온도값 범위에 포함시키는 온도 조절 단계; 및 상기 유체로부터 미세 조류를 분리하여 착유하는 분리 및 착유 단계를 포함한다.

여기서, 상기 유체 순환 단계는, 상기 순환 유로 상에서 강제 유동을 발생시키는 강제 순환기를 배양조에 배치하고, 상기 강제 순환기를 작동시켜 상기 유체를 상기 순환 유로를 따라 연속적으로 강제 유동시키는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 배양조의 내부에 격벽을 구비하여 상시 순환 유로를 형성하고, 상기 배양조의 내측벽과 상기 격벽에 형성되는 수위 한정홈을 형성하고, 상기 유체의 수위를 상기 수위 한정홈에 이르도록 하여 상기 배양조에 저장하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유체 순환 단계에서, 상기 플랜트 실내의 내부 공간의 온도값에 따라 상기 강제 유동의 속도를 가변하도록 상기 강제 순환기의 작동을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 온도 조절 단계는, 상기 플랜트 내부 공간의 온도값에 따라 상기 배양조의 온도를 조절하는 배양조 온도 조절 단계와, 상기 플랜트 실내의 내부 공간의 온도값에 따라 상기 플랜트 실내 내부의 환기를 조절하는 환기 조절 단계를 포함한다.

여기서, 상기 배양조 온도 조절 단계는, 온도 센서를 사용하여, 상기 플랜트 실내의 내부의 온도값을 측정하고, 상기 측정되는 온도값을 제어 유닛으로 전송하고, 상기 제어 유닛을 사용하여, 상기 온도 센서로부터 상기 측정되는 온도값이 상기 기설정된 제 1기준 온도값 범위에 포함되도록 상기 배양조의 바닥에 설치되는 난방 유닛의 작동을 통해 상기 바닥을 일정 온도로 가열하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 배양조의 바닥에 순환 파이프를 매설하고, 보일러를 사용하여 상기 제어 유닛으로부터 전기적 신호를 전송 받아 난방수를 일정 온도로 가열하고, 상기 가열되는 난방수를 상기 순환 파이프에 공급하여 순환시켜 상기 배양조의 바닥을 가열하는 것이 바람직하다.

또한, 온도 센서를 사용하여, 상기 플랜트 실내의 내부의 온도값을 측정하고, 상기 측정되는 온도값을 제어 유닛으로 전송하고, 상기 제어 유닛을 사용하여 상기 온도 센서로부터 상기 측정되는 온도값이 상기 기설정된 제 2기준 온도값 범위에 포함되도록 하나 또는 다수의 환기 조절 유닛의 작동을 통해 상기 플랜트 실내의 내부 공간을 개폐하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 순환 유로를 따라 순환되는 유체에 일정의 광을 제공하는 광 제공 단계를 포함한다.

상기 광 제공 단계는, 상기 배양조의 상부에 외부로부터 전기적 신호를 전송 받아 일정의 조도를 이루어 발광되는 램프들을 배치하고, 광 제어 유닛을 사용하여 기설정되는 조도 및 발광 시간을 이루도록 상기 램프들을 작동시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 배양 온도 및 광합성과 같은 성장 조건을 용이하게 제어하여 미세조류를 대량으로 배양함과 아울러, 미세조류 바이오연료를 대량 생산할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 제한된 플랜트의 내부 공간에서 미세조류를 연속적으로 순환시킴과 아울러, 미세조류에 연속적으로 산소를 제공하여 미세조류를 용이하게 성장시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 미세조류 바이오연료 제조 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 바이오연료 제조용 플랜트를 보여주는 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 바이오연료 제조용 플랜트를 보여주는 후면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 플랜트 실내를 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 배양조를 보여주는 단면도이다.
도 6는 도 4의 표시 부호 A를 보여주는 부분 확대 단면도이다.
도 7은 강제 순환기를 사용하여 유체의 순환 속도를 제어하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따르는 배양조를 보여주는 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따르는 강제 순환기를 보여주는 사시도이다.
도 10 도 9의 강제 순환기가 배양조 바디에 설치되는 상태를 보여주는 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따르는 온도 조절 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 12는 도 11의 수조 온도 조절 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 13은 플랜트 실내 온도 조절 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 플랜트 실내의 천정부를 보여주는 평면도이다.
도 15는 본 발명에 따르는 환기 조절 유닛을 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명에 따르는 광 제공 단계를 보여주는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 미세조류 바이오연료 제조 방법을 설명한다.

하기의 설명에서는, 바이오 연료 제조용 플랜트를 사용한 미세조류 바이오연료 제조 방법을 순차적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 미세조류 바이오연료 제조 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 1을 참조 하면, 미세조류 바이오연료 제조 방법은 크게 플랜트 실내 준비 단계 → 유체 저장 단계(S1) → 유체 순환 단계(S2) → 온도 조절 단계(S3) → 분리 및 착유 단계(S4)를 거친다.

플랜트 실내 준비 단계

도 2는 본 발명에 사용되는 플랜트의 정면을 보여준다.

도 2와 같은 플랜트 실내(1)를 준비한다. 상기 플랜트 실내(1)의 내부 공간을 온실 분위기를 이루는 공간으로 형성하는 것이 좋다.

도 2를 참조 하여, 본 발명에 사용되는 플랜트의 개략적인 구조를 설명한다.

상기 플랜트 실내(1)의 바닥부(100)와, 벽체부(110)와, 천정부(120)를 콘크리트로 제조하고, 도어들(130)을 구성한다.

상기 벽체부(110)는 상기 바닥부(100)의 테두리로부터 상방으로 일정 높이의 벽을 이루도록 한다. 상기 벽체부(110)는 격자 프레임들(10)로 구성한다.

상기 격자 프레임들(10)의 사이에 외부의 태양광을 내부 공간으로 투입시키는 투명 재질의 유리판들(20)을 설치한다.

상기 천정부(120)는 상기 벽체부(110)의 구성과 실질적으로 동일하도록 형성함과 아울러, 상기 벽체부(110)의 상부를 덮도록 배치한다.

상기 천정부(120)의 상단에 환기 조절 유닛들(500)을 설치한다. 이는 후술한다.

상기 도어들(130)은 플랜트 실내(1)의 정면부와 후면부에 각각 설치한다. 상기 각 도어(130)를 벽체부(110)와 같은 격자 프레임들(10)과, 격자 프레임들(10)의 사이에 설치되는 유리판들(11)로 한다.

또한, 상기 각 도어(130)에 방충망과 같은 일정 크기의 메쉬를 이루는 그물망(131)이 더 설치한다. 상기 그물망(131)은 외기를 유입시키고, 외부의 해충들이 플랜트 실내(1)의 내부에 침입하는 것을 방지한다.

유체 저장 단계(S1)

도 3과 도 4는 플랜트 실내의 내부 공간에 배양조가 배치되는 것을 보여준다. 도 5는 배양조의 단면을 보여주고, 도 6은 도 5의 표시 부호 A를 보여준다.

상기와 같이 구성되는 플랜트 실내(1)의 내부 공간에 배양조(200)를 배치한다. 상기 배양조(200)는 두 개 또는 그 이상으로 배치할 수 있다.

본 발명에서의 유체는 미세 조류를 포함하는 해수 또는 담수를 사용한다.

여기서, 본 발명에 사용되는 배양조(200)의 구성을 설명한다.

도 3을 참조 하면, 상기 배양조(200)를 배양조 바디(210)와, 배양조 바디(210)의 중앙부에 형성되는 격벽(212)으로 구성한다.

상기 배양조 바디(210)를 배양조 바닥(213)과, 상기 배양조 바닥(213)의 테두리로부터 상방으로 연장되는 측벽(211)으로 구성한다. 상기 배양조(200)의 저장 공간은 상기 바닥(213)과 측벽(211)으로 에워싸이고, 상부는 외부에 노출된다.

상기 배양조 바디(210)를 미세조류가 포함되는 유체를 공급하는 유체 공급부(미도시)와 관 연결한다. 상기 배양조 바디(210)의 저장 공간에는 유체 공급부로부터 공급받는 유체가 일정량 저장된다.

상기 배양조 바디(210)를 철근이 배근되는 콘크리트로 형성한다.

그리고, 상기 배양조 바디(210)의 하단부 일부를 플랜트 실내(1)의 바닥부(100)에 삽입되도록 설치한다. 따라서, 상기 배양조 바디(210)는 그 하단부를 통하여 바닥부(100)로부터 일정의 지열을 제공 받을 수 있다.

상기 격벽(212)을 상기 배양조 바디(210)의 중앙부에 형성한다.

상기 격벽(212)을 상기 배양조 바디(210)의 길이 방향을 따라 일정 길이를 이루고, 상방으로 일정의 높이를 이루도록 한다. 상기 격벽(212)의 높이를 상기 배양조 바디(210)의 측벽(211)의 높이와 실질적으로 동일하게 형성한다.

상기 격벽(212)의 설치에 의하여, 상기 배양조 바디(210)의 저장 공간에는 유체가 순환될 수 있는 순환 유로(a)가 형성된다.

도 5를 참조 하면, 배양조 바디(210)의 측벽(211)과 격벽(212) 사이의 폭을 하방을 따라 점진적으로 좁아지도록 형성한다. 상기 측벽(211)의 측면과 격벽(212)의 외면에는 경사면(S)이 각각 형성된다. 상기 각 경사면(S)의 각도는 배양조 바디(210)의 바닥(213)과 둔각을 이룬다.

또한, 상기 배양조 바디(210)에 수위 한정홈(210a)이 형성한다. 상기 수위 한정홈(210a)을 배양조 바디(210)의 측벽(211)과 격벽(212)에 각각 형성한다.

상기 수위 한정홈(210a)의 형성 위치를 배양조 바디(210)의 바닥(213)으로부터 일정한 설치 높이를 이루는 위치에 형성시킨다.

상기 배양조 바디(210)의 저장 공간 측 측벽(211)에 형성되는 수위 한정홈(210a)을 상기 설치 높이를 측벽(211) 외면을 따라 연속적으로 형성되도록 한다.

상기 격벽(212)의 외면에 형성되는 수위 한정홈(210a)을 상기 설치 높이를 이루어 연속적으로 형성시킨다. 따라서, 격벽(212) 및 측벽(211)에 형성되는 수위 한정홈(210a)의 설치 높이는 서로 동일하다.

따라서, 유체의 수위를 상기 수위 한정홈(210a)에 의하여 배양조 바디(210)의 저장 공간에서 한정할 수 있다.

그리고, 도 6을 참조 하면, 상기 배양조 바디(210)의 외면에 일정 두께의 방수층(220)을 형성한다. 상기 방수층(220)를 PVC 라이너로 형성한다.

이에 더하여, 상기 배양조 바디(210)의 하단부 일부가 바닥부(100)에 삽입 설치되는 플랜트 실내(1)의 바닥에 역시, 도 5에 도시되는 바와 같이, 다른 방수층(140)을 형성한다.

또한, 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 배양조(200)의 바닥에 외부의 보일러(420)와 연결될 수 있는 순환 파이프(410)를 매설한다.

상기와 같은 구성을 갖는 배양조(200)를 하나 또는 다수를 준비한다.

그리고, 상기와 같이 제작되는 배양조(200)를 플랜트 실내(1)의 내부 공간에 배치한다.

여기서, 도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 배양조(200)를 플랜트 실내(1)의 바닥부(100)에 설치한다. 이때, 상기 배양조(200)의 바닥을 플랜트 실내(1)의 바닥부(100)에 일부 삽입되도록 설치한다. 이에 따라, 상기 배양조(200)는 바닥부(100)로부터의 지열을 제공 받을 수 있는 환경이 마련된다.

그리고, 도 5를 참조 하면, 상기와 같이 배양조(200)가 플랜트 실내(1)에 설치된 이후에, 유체를 배양조(200)의 저장 공간에 일정량으로 저장한다.

이때, 상기 유체를 별도의 탱크(미도시)에 저장시킨 후에, 별도의 관 및 펌프를 사용하여 배양조(200)의 저장 공간으로 유출시키는 것이 좋다. 따라서, 유체의 유출량을 효율적으로 조절할 수 있다.

또한, 상기 유체를 배양조(200)에 형성되는 수위 한정홈(210a)에 이르는 양만을 저장한다. 따라서, 상기 수위 한정홈(210a)은 유체의 저장 수위를 결정할 수 있다.

따라서, 미세 조류를 포함하는 유체는 배양조(200)에 일정량으로 저장되는 상태를 유지한다.

유체 순환 단계(S2)

도 7은 강제 순환기의 작동을 보여주는 흐름도이다. 도 8은 강제 순환기가 배양조에 배치되는 상태를 보여주고, 도 9 및 도 10은 강제 순환기를 보여주는 사시도이다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은, 강제 순환기(300)를 준비한다. 상기 강제 순환기(300)를 배양조(200)에 배치한다.

이때, 상기 강제 순환기(300)를 도 8에 도시되는 바와 같이, 순환 유로(a)에 배치되도록 설치한다.

상기와 같이 강제 순환기(300)가 배치된 이후에, 강제 순환기(300)의 회전을 통하여 유체를 순환 유로(a)를 따라 연속적으로 강제 유동시킨다.

상기 강제 유동에 사용되는 강제 순환기(300)의 구성을 설명한다.

도 8 및 도 10을 참조 하면, 상기 강제 순환기(300)는 한 쌍의 지지 부재(310)를 갖는다.

상기 각 지지 부재(310)를 하방으로 개구되는 지지홈(311a)이 형성되는 지지판(311)으로 구성한다.

상기 각 지지 부재(310)를 지지판(311)의 지지홈(311a)이 측벽(211) 상단 또는 격벽(212) 상단에 끼운다. 그리고, 이러한 상태로 상기 각 지지 부재(310)과 지지판(311)을 볼트(B) 체결에 의하여 고정시킨다.

도 8 및 도 10을 참조 하면, 상기 회전축(320)의 양단을 상기 한 쌍의 지지 부재(310)에 회전 지지시킨다. 상기 회전 모터(350)는 상기 회전축(320)의 일단에 연결된다.

도 8에 도시되는 강제 순환기 제어 유닛(360)은 상기 회전 모터(350)와 전기적으로 연결되어, 상기 회전 모터(350)의 동작을 제어한다.

도 9 및 도 10을 참조 하면, 제 1블레이드들(330)의 일단을 상기 회전축(320)에 고정한다. 상기 제 1블레이드들(330)를 상기 회전축(320)을 중심으로 방사상을 이루도록 설치한다.

상기 각 제 2블레이드들(340)을 상기 각 제 1블레이드들(330) 단부에 설치한다. 상기 각 제 2블레이드(340)는 상기 각 제 1블레이드(330)로부터 일정의 경사를 이룬다.

상기와 같은 제 1,2블레이드(330,340)의 단부를 회전됨에 따라 배양조 바디(210)의 저장 공간에 저장되는 유체에 순차적으로 함침되도록 배양조(200)에 배치한다.

상기 각 제 1블레이드(330)로부터 경사진 각 제 2블레이드(340)는 회전됨에 따라, 유체를 순환 유로(a)를 따라 강제 유동시킬 수 있음과 아울러, 유체를 상방으로 퍼 올려 일정 높이에서 상기 퍼 올려진 유체를 하방으로 낙하시킬 수 있다.

따라서, 상기 강제 순환기(300)는 회전되는 블레이드들(330,340)을 사용하여 배양조 바디(210) 내에서 유체의 강제 순환 유로를 형성하고, 순환되는 유체를 상방으로 퍼 올려 낙하시킴으로 인하여 순환되는 유체에 산소를 연속적으로 발생시킬 수 있다.

상기 구성을 참조 하면, 도 9 및 도 10을 참조 하면, 강제 순환기 제어 유닛(360)은 회전 모터(350)를 구동시킨다. 상기 회전 모터(350)는 회전축(320)을 일정 회전 속도로 회전시킨다.

따라서, 회전축(320)의 외주에 방사상으로 형성되는 제 1블레이드들(330)은 일정의 회전 속도로 회전된다. 그리고, 상기 각 제 1블레이드(330)의 단부에서 경사지도록 설치되는 제 2블레이드들(340) 역시 동시에 회전된다.

상기 제 2블레이드들(340)은 회전되면서, 유체를 순환 유로(a)를 따라 순환시킬 수 있다.

상기 제 2블레이드들(340)은 회전되면서 배양조 바디(210)에 저장되는 해수를 순차적으로 상방으로 퍼 올릴 수 있다. 그리고, 상방의 일정 위치까지 퍼 올려진 해수는 하방으로 낙하될 수 있다.

상기 제 2블레이드들(340)의 회전에 의하여, 유체가 퍼 올려지고, 상기 퍼 올려진 해수는 다시 저장된 해수로 낙하는 과정이 반복된다.

상기와 같은 반복적인 과정에 의하여, 해수는 배양조 바디(210)의 순환 유로(a)를 따라 순환할 수 있다.

그리고 제 2블레이드(340)의 회전에 의하여 퍼 올려진 해수는 일정의 높이에서 하방의 배양조 바디(210)에 저장되어 순환되는 유체로 낙하된다. 이때, 낙차에 의하여 배양조 바디(210)의 유체에는 기포들이 형성되며, 이는 유체에 산소를 공급할 수 있다.

따라서, 배양조 바디(210)에서 순환 유로(a)를 따라 순환되는 유체는 상기의 연속적인 낙하 과정을 통하여 산소를 제공 받을 수 있다.

이에 따라, 해수에 포함되는 미세 조류는 연속적으로 순환됨과 아울러, 산소를 제공 받기 때문에 용이하게 성장할 수 있다.

도 7을 참조 하면, 본 발명은 도 1에 도시된 유체 순환 단계(S2)에서, 플랜트 실내(1)의 내부 공간 또는 배양조(200)에 저장된 유체의 온도값에 따라 상기 강제 유동의 속도를 가변하도록 상기 강제 순환기(300)의 작동을 제어할 수도 있다. 플랜트 실내(1)와, 배양조(200), 강제 순환기(300)는 도 3에 도시된다.

도 3 및 도 7을 참조 하면, 온도 센서(610)는 플랜트 실내(1)의 내부 공간 온도값(t)을 측정하여 제어 유닛(600)으로 전송하고, 보조 온도 센서(미도시)는 배양조(200) 내의 유체의 온도값(t')을 측정하여 제어 유닛(600)으로 전송한다(S21).

상기 제어 유닛(600)을 통하여 플랜트 실내(1)의 내부 공간 온도값(t)을 사용할 지 또는 배양조(200) 내의 유체의 온도값(t')을 사용할 지의 여부를 판단한다(S22).

상기 플랜트 실내(1)의 내부 공간 온도값(t)을 사용하는 경우(S23), 제어 유닛(600)은 측정된 플랜트 실내(1)의 내부 공간 온도값(t)에 상응하는 회전수(s)를 선택하여, 강제 순환기 제어 유닛(360)으로 전기적 신호를 전송한다.

상기 강제 순환기 제어 유닛(360)은 강제 순환기(300)를 선택된 회전수(s)를 이루도록 회전시킨다.

또한, 상기 배양조(200) 내의 유체의 온도값(t')을 사용하는 경우, 제어 유닛(600)은 측정된 배양조(200) 내의 유체의 온도값(t')에 상응하는 회전수(s')를 선택하여, 강제 순환기 제어 유닛(360)으로 전기적 신호를 전송한다.

상기 강제 순환기 제어 유닛(360)은 강제 순환기(300)를 선택된 회전수(s')를 이루도록 회전시킨다.

여기서, 상기 온도값(t,t')과 회전수(s,s')는 서로 반비례 관계를 형성하여 제어 유닛(600)에 미리 설정되는 것이 좋다.

온도 조절 단계(S3)

도 11은 본 발명의 온도 조절 단계를 보여주는 흐름도이고, 도 12는 배양조 온도 조절 단계를 보여주는 흐름도이며, 도 13은 본 발명의 플랜트 내부 공간 온도 조절 단계를 보여주는 흐름도이

도 14는 플랜트 실내의 천정부를 보여주고, 도 15는 환기 조절 유닛의 작동을 보여준다.

먼저, 본 발명의 온도 조절 단계(S3)에 사용되는 온도 조절부의 구성을 설명한다.

도 3을 참조 하면, 상기 온도 조절부는 난방 유닛(400)과, 다수의 환기 조절 유닛(500)과, 온도 센서(610)와, 제어 유닛(600)으로 구성된다.

상기 난방 유닛(400)은 순환 파이프(410)와, 보일러(420)로 구성된다.

상기 순환 파이프(410)는 배양조 바디(210)의 바닥에 매설된다. 상기 순환 파이프(410)의 양단은 상기 보일러(420)와 연결된다. 상기 순환 파이프(410)의 일단은 난방수가 유입되는 단부이고, 타단은 난방수가 배출되는 단부이다.

상기 보일러(420)는 제어 유닛(600)과 전기적으로 연결된다. 상기 제어 유닛(600)은 상기 보일러(420)의 작동을 제어한다.

상기 보일러(420)는 제어 유닛(600)으로부터 전기적 신호를 전송 받아, 외부로부터 공급 받은 난방수를 일정의 가열 온도로 가열하여 순환 파이프(410)로 공급한다. 상기 순환 파이프(410)로 제공되는 난방수는 순환 파이프(410)를 따라 순환된다.

따라서, 상기 난방 유닛(400)은 배양조 바디(210)의 바닥을 일정 온도로 가열 난방 할 수 있다.

도 13을 참조 하면, 환기 조절을 위한 다수의 환기 조절 유닛(500)은 플랜트 실내(1)의 천정부(120)에 설치된다.

상기 환기 조절 유닛(500)은 두 개로 구성되고, 상기 천정부(120)의 최상단의 경계를 기준으로 양측으로 대칭이 되도록 설치된다.

상기 천정부(120)에는 두 개의 환기 조절 유닛(500)이 설치되는 개구(11)가 형성된다.

도 14를 참조 하여, 하나의 환기 조절 유닛(500)의 구성을 설명하도록 한다.

상기 각 환기 조절 유닛(500)은 힌지축(511)을 갖는 환기 도어(510)와, 모터(520)와, 기어(530)와, 랙(540)으로 구성된다.

상기 환기 도어(510)는 플랜트 실내(1)의 천정부(120)에 형성되는 개구(11)에 배치된다.

상기 환기 도어(510)는 개구(11)에 배치되도록 일정 폭과 너비를 갖는다. 상기 환기 도어(510)는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어지는 격자 프레임들과, 격자 프레임들 사이에 설치되며 투명하게 형성되는 유리판으로 구성될 수 있다.

상기 힌지축(511)은 상기 천정부(120)의 경계에 설치된다.

따라서, 상기 환기 도어(510)는 힌지축(511)을 회전 중심으로 하여 상하방을 따라 회전 가능하다.

상기 모터(520)는 제어 유닛(600)과 전기적으로 연결된다.

상기 모터(520)는 개구 인근의 천정부(120) 격자 프레임에 고정 설치된다.

상기 모터(520)는 별도의 고정 브라켓(미도시)에 의하여 고정된다.

상기 모터(520)는 제어 유닛(600)으로부터 제어 신호를 전송 받아 일정 회전 속도로 회전되는 모터축(521)을 갖는다. 상기 모터축(521)은 힌지축(511)과 일정 거리 이격되고, 서로 나란한 방향을 따른다.

상기 모터축(521)은 기어(530)의 중심과 연결된다. 상기 기어(530)는 원판 형상으로 형성된다. 상기 기어(530)의 외주면에는 기어치가 형성된다. 여기서, 상기 기어는 별도의 브라켓(미도시)을 통하여 개구(11) 인근의 격자 프레임에 고정 설치된다.

그리고, 상기 환기 도어(510)의 하면부에는 일정 길이를 갖는 'U' 형상의 랙(540)이 설치된다.

상기 랙(540)은 곡률 경로를 이루며, 상기 기어(530)의 기어치와 기어 연결된다.

상기 기어(530)의 회전은 랙(540)의 강제 이동을 안내한다. 상기 랙(540)은 상하방을 따라 강제 회전 이동된다. 상기 환기 도어(510)는 상기 랙(540)의 단부가 환기 도어(510)의 하면부에 고정되기 때문에, 상하방을 따라 회전될 수 있다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이, 상기의 구성을 갖는 환기 조절 유닛(500)이 두 개로 구성되며, 천정부(120) 경계를 기준으로 대칭을 이루도록 배치된다.

상기 제어 유닛(500)은 상기 각 환기 조절 유닛(500)의 환기 도어(510)를 동시에 또는 독립적으로 회전 동작시키도록 제어할 수 있다.

도 3을 참조 하면, 상기 온도 센서(610)를 제어 유닛(600)과 전기적으로 연결한다.

상술한 바와 같이, 온도 센서(610)는 서모 커플과 같은 장치일 수 있으며, 플랜트 실내(1)의 내부 공간의 온도값(t)을 실시간으로 측정하고, 상기 측정된 온도값(t)을 제어 유닛(600)으로 전송한다.

바람직하게는 상기 온도 센서(610)를 배양조(200)의 상부 공간 및 배양조(200)를 에워 싸는 공간의 온도값을 측정하도록 배치한다.

상기 제어 유닛(600)은 상술한 바와 같이, 환기 조절 유닛(500)의 모터(520)와, 온도 센서(610)와 전기적으로 연결된다.

상기 제어 유닛(600)에는 기준 온도값 범위가 설정된다.

상기 기준 온도값 범위를 2가지로 설정할 수 있다. 즉, 겨울철의 기준 온값 범위와 여름철의 기준 온도값 범위로 구분하여 설정할 수 있다.

예컨대, 상기 기준 온도값 범위를 섭씨 20 내지 30도 내의 범위를 이루도록 하는 경우에, 이의 범위는 사계절 동안 미세조류의 배양을 용이하게 실시할 수 있는 온도 범위일 수 있다.

상기의 온도 조절부를 사용한 온도 조절 단계를 설명한다. 그리고, 온도 조절부의 구성은 상술한 바를 참조 하기로 한다.

도 11을 참조 하면, 본 발명의 온도 조절 단계(S3)는 배양조 온도 조절 단계(S40)와, 환기 조절 단계(S50)를 포함한다.

도 11을 참조 하면, 선택 단계(S30)를 거쳐 배양조 온도값을 제어할 지, 또는 플랜트 내부 공간의 온도값을 제어할 지의 여부를 선택한다.

상기 배양조 온도값을 제어하는 경우(S31), 배양조 온도 조절 단계(S40)를 거치고, 플랜트 실내(1) 내부 공간의 온도값을 제어하는 경우(S32), 환기 조절 단계(S50)를 거친다.

상기 배양조 온도값을 제어하는 경우, 도 12를 참조 하면, 먼저, 제 1온도 조건을 선택할 수 있다(S41).

상기 제 1온도 조건은 겨울철일 경우의 온도 조건일 수 있다.

제 1온도 조건을 선택하면, 난방 유닛(400)은 플랜트 실내(1)의 내부 공간 온도값(t)에 따라 배양조(200)의 온도를 일정 온도를 이루도록 할 수 있다.

도 3 및 도 12를 참조 하면, 온도 센서(610)는 플랜트 실내(1) 내부 공간의 온도값(t)을 측정하여(S42) 제어 유닛(600)으로 전송한다.

상기 제어 유닛(600)은 상기 온도 센서(610)로부터 상기 측정되는 온도값(t)이 상기 기설정된 제 1기준 온도값 범위(Δtw)에 포함되도록(S43) 상기 배양조(200)의 바닥에 설치되는 난방 유닛(400)의 작동, 즉 보일러(420)의 작동을 통해 상기 바닥을 일정 온도로 가열한다(S44).

상기 배양조(200)의 바닥을 가열하는 방식은 난방수의 순환을 이용한 상기의 방식이 채택된다.

따라서, 일정 온도로 가열된 난방수가 순환되는 순환 파이프(410)에 의하여 배양조(200)는 일정 온도로 가열된다. 그러므로, 상기 배양조 바디(210)의 저장 공간 및 이에 저장되는 유체는 일정 온도로 상승될 수 있다.

이에 더하여, 상기 배양조 바디(210)의 바닥을 플랜트 실내(1)의 바닥부(100)에 일부 삽입 설치할 수 있다. 따라서, 겨울철의 경우, 상기 배양조 바디(210)는 배양조 바디(210)의 바닥(213)을 통하여 지열을 직접적으로 전달 받을 수 있다.

한편, 플랜트 내부 공간의 온도값을 제어하는 경우, 도 13을 참조 하면, 온도 조건을 선택할 수 있다.

제 2온도 조건은 여름철인 경우의 온도 조건일 수 있다.

제 2온도 조건을 선택하면(S51), 환기 조절 유닛(500)은 플랜트 실내(1)의 내부 공간 온도값(t)에 따라 플랜트 실내(1)의 내부를 환기시킬 수 있다.

여름철의 경우, 플랜트 실내(1)의 외기 온도는 플랜트 실내(1)의 내부 온도 보다 낮을 수 있다. 따라서, 외기가 유입됨에 따라 플랜트 실내(1)의 내부의 온도는 일정 이하로 하강된다.

온도 센서(610)는 플랜트 내부 공간의 온도값(t)을 측정하여(S52) 제어 유닛(600)으로 전송한다.

상기 제어 유닛(600)은 상기 측정되는 온도값(t)이 상기 기설정된 제 2기준 온도값 범위(Δts)에 포함되는지의 여부를 판단한다(S53).

그리고, 상기 제어 유닛(600)은 측정되는 온도값(t)이 상기 기 설정된 제 2기준 온도값 범위(Δts)에 포함되도록 환기 조절 유닛(500)을 작동시킨다.

즉, 상기 제어 유닛(600)은 각 환기 조절 유닛(500)의 모터(520)를 동시에 작동시킬 수도 있고, 서로 독립적으로 작동시킬 수도 있다.

제어 유닛(500)은 각 환기 도어(510)를 동시에 개폐하거나, 어느 하나만을 개폐할 수 있다. 그러므로, 플랜트 실내(1)의 내부 공간으로 유입되는 외기의 양을 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명은 온도 조절 단계를 통하여 환기 조절 유닛들(500) 및 난방 유닛(400)의 작동을 실시간으로 제어함으로써, 사계절에 걸쳐 플랜트 실내(1)의 내부 공간의 온도값이 섭씨 20 내지 30도의 범위에 일정하게 포함되도록 할 수 있다.

광 제공 단계(S4)

도 16은 본 발명에 따르는 광 제공 단계를 보여주는 흐름도이다. 광 제공부의 구성은 도 3을 참조 하기로 한다.

상기 광 제공 단계(S3)에 사용되는 광 제공부(4)의 구성은 다음과 같다.

도 2를 참조 하면, 상기 광 제공부(4)는 램프들(720)과, 램프들(720)을 고정하는 베이스(710)와, 광 제어 유닛(730)으로 구성된다.

상기 광 제공부(4)를 각 배양조(200)의 상부에 배치한다. 상기 베이스(710)에 상기 램프들(720)이 배치한다.

상기 광 제어 유닛(730)은 상기 램프들(720)의 작동을 제어한다.

상기 광 제어 유닛(730)에는 램프들(720)의 발광 시간과 조도가 기설정된다. 따라서, 상기 광 제어 유닛(730)은 기설정되는 조도 및 발광 시간을 이루도록 램프들(720)의 작동을 제어한다. 예컨대, 상기 발광 시간은 오후 5시에서 10시까지의 시간 범위를 이룰 수 있다.

상기 램프(720)로부터 발광되는 광은 배양조 바디(210)에 저장되는 유체에 조사된다. 미세 조류를 포함하는 유체의 경우, 미세 조류는 상기 조사되는 광으로 인하여 광합성 작용이 진행될 수 있다.

도 3 및 도 16을 참조 하면, 먼저 발강 소자들의 조도 및 발광 시간을 광 제어 유닛에 설정한다(S51).

그리고, 상기와 같이 구성되는 광 제공부(4)의 사용 여부를 선택한다(S52).

광 제공부(4)의 사용을 선택한 경우, 광 제어 유닛()은 램프들을 상기 설정된 조건으로 작동시킨다.

바람직하게, 제어 유닛(600)은 플랜트 실내(1)의 내부 온도값이 기설정되는 기준 온도값 범위 이하를 이루면, 상기와 같이 환기 조절 유닛들(500) 및 난방 유닛(400)의 작동을 제어함과 아울러, 광 제어 유닛(730)으로 전기적 신호를 전송한다.

이어, 상기 광 제공 제저 유닛(730)은 상기와 같이 램프들(720)을 작동시켜, 광을 배양조(200)에서 순환되는 유체에 제공한다.

따라서, 배양조 바디(210)의 저장 공간에 저장되는 해수는 상승된 조도를 이루어 발광되는 광에 노출된다. 상기 광에 노출되는 유체에 포함되는 미세조류는 광합성 작용이 활발하게 일어날 수 있다.

그리고, 조도 상승에 따라 발광되는 광은 열을 포함하고 있기 때문에, 이 열은 유체에 전달되고, 유체는 일정 온도로 상승될 수 있다.

분리 및 착유 단계

상기와 같이, 일정 온도를 이루어 강제 순환되고, 광 제공부(4)로부터 광합성 조건을 이루는 유체로부터 바이오 연료를 제조한다.

이에 원심 분리기와 착유기가 필요하다.

도 4를 참조 하면, 상기 원심 분리기(800)와 상기 착유기(810)를 플랜트 실내(1)의 내부 공간에 배치한다.

상기 원심 분리기(800)를 배양조 바디(210)와 관(미도시) 연결한다. 상기 관에 유로를 개폐하는 밸브(미도시)를 설치한다. 상기 관에 유체를 펌핑하는 펌프(미도시)를 설치한다.

상기 밸브가 개방되고, 펌프가 작동되면, 배양조 바디(210)의 저장 공간에서 순환되는 미세 조류를 포함하는 유체는 관을 통하여 원심 분리기(800)로 이동된다.

상기 원심 분리기(800)는 상기 유체에서 서로 비중이 다른 유류 성분과 이와 다른 성분을 분리할 수 있다.

상기 착유기(810)를 원심 분리기(800)와 관(미도시) 연결한다.

상기 원심 분리기(800)와 착유기(810) 사이의 관에 유체를 펌핑할 수 있는 펌프(미도시)를 설치한다.

상기 착유기(810)는 상기 원심 분리기(800)로부터 분리되는 유류 성분을 관을 통하여 공급 받고, 유류 성분에 포함되는 다른 성분을 제하여 바이오 디젤을 착유 할 수 있다.

그리고, 상기 착유되는 바이오 연료를 배출 라인을 따라 별도의 저장기(820)에 저장한다.

상기의 구성을 참조 하면, 배양조의 저장 공간에서 상기와 같은 과정을 통하여 배양되는 미세조류를 포함하는 유체를 배양조(200)로부터 관을 사용하여 원심 분리기(800)로 배출한다.

상기 원심 분리기(800)는 미세조류를 포함하는 물질과 해수와의 비중 차를 이용하여 이들을 서로 분리한다. 상기 미세조류를 포함하는 물질은 바이오연료로 제조되는 원료이다.

이와 상기 원료를 관을 사용하여 착유기(810)로 배출시킨다.

상기 착유기(810)는 미세조류 원료의 세포벽을 파괴하고 이에 포함되는 유류 성분과 그 이외의 성분을 분리하여 유류 성분만을 착유한다. 상기 착유기(810)는 유류 성분을 분리할 수 있는 기능을 갖는 다른 장치 및 방법으로 사용할 수 있다.

상기와 같이 착유된 유류 성분을 별도의 저장기(820)로 배출하여 저장한다.

상술된 방법에 의하여 본 발명은 미세조류를 대량으로 배양할 수 있는 배양 온도 및 광합성과 같은 성장 조건을 용이하게 제어하여 바이오 디젤을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 제한된 공간에서 미세조류를 연속적으로 순환시킴과 아울러, 미세조류에 연속적으로 산소를 제공하여 미세조류를 대량으로 성장시킬 수 있다.

1 : 플랜트 실내 100 : 바닥부
110 : 벽체부 120 : 천정부
130 : 도어 200 : 배양조
210 : 배양조 바디 220 : 방수층
210a : 수위 한정홈 300 : 강제 순환기
310 : 지지 부재 311 : 지지판
320 : 회전축 330 : 제 1블레이드
340 : 제 2블레이드 350 : 회전 모터
360 : 강제 순환기 제어 유닛 400 : 난방 유닛
410 : 순환 파이프 420 : 보일러
500 : 환기 조절 유닛 510 : 환기 도어
520 : 모터 530 : 기어
540 : 랙 600 : 제어 유닛
710 : 베이스 720 : 램프
730 : 광 제어 유닛 800 : 원심 분리기
810 : 착유기 820 : 저장기

Claims

순환 유로가 형성되며, 플랜트 실내에 배치되는 배양조에 미세 조류를 포함하는 유체를 저장하는 유체 저장 단계;
상기 유체를 상기 순환 유로를 따라 연속적으로 순환시키는 유체 순환 단계;
상기 플랜트 실내의 내부 공간 온도값을 기설정되는 온도값 범위에 포함시키거나, 상기 플랜트 실내의 내부 공간 온도값에 따라 상기 배양조의 온도값을 제어하는 온도 조절 단계; 및
상기 유체로부터 미세 조류를 분리하여 착유하는 분리 및 착유 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 유체 순환 단계는,
상기 순환 유로 상에서 강제 유동을 발생시키는 강제 순환기를 배양조에 배치하고,
상기 강제 순환기를 작동시켜 상기 유체를 상기 순환 유로를 따라 연속적으로 강제 유동시키는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 배양조의 내부에 격벽을 구비하여 상기 순환 유로를 형성하고,
상기 배양조의 내측벽과 상기 격벽에 수위 한정홈을 형성하고,
상기 유체의 수위를 상기 수위 한정홈에 이르도록 하여 상기 배양조에 저장하는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.
제 2항에 있어서,
상기 유체 순환 단계에서,
상기 플랜트 실내의 내부 공간 온도값 또는 상기 배양조에 저장된 유체의 온도값에 따라 상기 강제 유동의 속도를 가변하도록 상기 강제 순환기의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 온도 조절 단계는,
상기 배양조의 온도값과 상기 플랜트 실내의 내부 공간의 온도값 중 어느 하나를 제어할 지의 여부를 선택하는 선택 단계를 거치고,
상기 배양조의 온도값의 제어를 선택하면, 상기 플랜트 내부 공간의 온도값에 따라 상기 배양조의 온도를 조절하는 배양조 온도 조절 단계를 거치고,
상기 플랜트 실내의 내부 공간의 온도값의 제어를 선택하면, 상기 플랜트 실내의 내부 공간의 온도값을 상기 기설정되는 온도값 범위에 포함시키도록 상기 플랜트 실내 내부의 환기를 조절하는 환기 조절 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.
제 5항에 있어서,
상기 배양조 온도 조절 단계는,
온도 센서를 사용하여, 상기 플랜트 실내의 내부 공간의 온도값을 측정하고,
측정한 상기 온도값을 제어 유닛으로 전송하고,
상기 제어 유닛을 사용하여, 상기 온도 센서로부터 측정한 상기 온도값이 상기 기설정된 제 1기준 온도값 범위에 포함되도록 상기 배양조의 바닥에 설치되는 난방 유닛의 작동을 통해 상기 바닥을 일정 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.
제 6항에 있어서,
상기 배양조의 바닥에 순환 파이프를 매설하고,
보일러를 사용하여 상기 제어 유닛으로부터 전기적 신호를 전송 받아 난방수를 일정 온도로 가열하고, 가열한 상기 난방수를 상기 순환 파이프에 공급 및 순환시켜 상기 배양조의 바닥을 가열하는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.
제 5항에 있어서,
온도 센서를 사용하여, 상기 플랜트 실내의 내부 공간의 온도값을 측정하고,
측정한 상기 온도값을 제어 유닛으로 전송하고,
상기 제어 유닛을 사용하여 상기 온도 센서로부터 측정한 상기 온도값이 상기 기설정된 제 2기준 온도값 범위에 포함되도록 하나 또는 다수의 환기 조절 유닛의 작동을 통해 상기 플랜트 실내의 내부 공간을 개폐하는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 순환 유로를 따라 순환되는 유체에 일정의 광을 제공하는 광 제공 단계를 포함하되,
상기 광 제공 단계는,
상기 배양조의 상부에 외부로부터 전기적 신호를 전송 받아 일정의 조도를 이루어 발광되는 램프들을 배치하고,
광 제어 유닛을 사용하여 기설정되는 조도 및 발광 시간을 이루도록 상기 램프들을 작동시키는 것을 특징으로 하는 미세조류 바이오연료 제조 방법.