KR101235378B1

KR101235378B1 - 미세조류 배양 장치

Info

Publication number: KR101235378B1
Application number: KR1020100113249A
Authority: KR
Inventors: 조영현; 서대철; 이경식; 강성필
Original assignee: 전라남도
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2013-02-20
Also published as: KR20120052438A

Abstract

본 발명은 미세조류 배양 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛이 투과되는 재질로 이루어진 복수개의 배양용기를 연결관 및 순환관을 통해 직렬로 연결하여 생산용량을 늘일 수 있고, 배양액순환수단을 통해 배양액이 배양용기를 순차적으로 순환하면서 배양액의 충분한 교반이 이루어지도록 함으로써 높은 생산성을 얻을 수 있도록 한 미세조류 배양 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 미세조류 배양 장치는, 원기둥 형상으로 내부에 미세조류가 포함된 배양액이 수용되고, 상기 배양액에 빛이 도달되도록 빛이 투과되는 재질로 이루어지며, 복수개가 상하방향으로 세워져 횡으로 배치되는 배양용기와; 상기 복수개의 배양용기가 길이방향을 따라 상호 직렬로 연결되도록 이웃하는 배양용기의 상단부 상호간 및 하단부 상호간에 교대로 연결되는 연결관과; 상기 복수개의 배양용기 중 최외측에 배치되는 한 쌍의 배양용기의 상기 연결관이 연결되지 않은 단부 상호간에 연결되는 순환관과; 상기 배양용기에 수용된 배양액이 교반되도록 함과 동시에 상기 배양액이 상기 연결관 및 상기 순환관을 통해 다른 배양용기로 순차적으로 이동 및 순환되도록 상기 배양액에 소정의 압력을 가하는 배양액순환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세조류 배양 장치{DEVICE FOR CULTIVATING MICRO ALGAE}

본 발명은 미세조류 배양 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛이 투과되는 재질로 이루어진 복수개의 배양용기를 연결관 및 순환관을 통해 직렬로 연결하여 생산용량을 늘일 수 있고, 배양액순환수단을 통해 배양액이 배양용기를 순차적으로 순환하면서 배양액의 충분한 교반이 이루어지도록 함으로써 높은 생산성을 얻을 수 있도록 한 미세조류 배양 장치에 관한 것이다.

광합성생물인 미세조류는 이산화탄소를 흡수해서 광합성작용에 의해 비타민류, 아미노산, 색소류, 단백질, 다당류, 지방산 등의 유용성분을 제조하기 위해, 양식의 사료용 등으로서 배양되고 있다. 또, 이런 종류의 미세조류는 지구온난화의 원인의 하나가 되는 이산화탄소를 처리하는 수단으로서도 이용되고, 최근, 이것을 대량으로 배양하는 배양 장치가 연구되고 있다.

일반적으로 이산화탄소 고정화를 목적으로 광합성 미세조류를 배양하는 미세조류 배양 장치는 광합성에 필요한 광으로 주로 태양광선을 이용하고 이산화탄소는 공기 또는 이산화탄소와 공기의 혼합기체를 배양액에 주입하도록 구성되는데, 미세조류 배양 장치는 크게 옥외에서 대량 배양을 하는 것(open system)과 미세조류 배양용 광생물 배양용기를 이용하는 것(closed system)으로 나눌 수 있다.

연못형(pond)을 포함하는 오픈형 배양 장치의 경우 주로 호수 내지 대형 연못과 같은 형태의 반응시설을 사용하여 오고 있으며 일부 국가에서 상용화되어 있다. 그러나 오픈형 배양 장치는 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 오픈형 배양 장치 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, 최근에는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하고, 가시광선을 입사시킴으로써 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 클로즈드형의 배양 장치가 여러가지 제안되고 있다. 실내형이라 부르는 클로즈드형의 배양 장치는 옥외에 설치되는 오픈형 배양 장치에 비해 초기 투자비와 관리 유지비가 상대적으로 높은 단점이 있으나, 높은 균체성장속도를 기대할 수가 있고 운전조건 조절이 용이하다는 장점이 있다. 현재 주로 이용되고 있는 클로즈드형 배양 장치로는 일반 교반형 배양용기, 판형 배양용기, 관형 배양용기, 칼럼형 배양용기 등이 있다.

일반적으로 클로즈드형의 배양 장치의 설치면적당의 용량이 오픈형 배양 장치에 비해 작기 때문에 생산용량이 작은 단점을 갖는다.

또한, 클로즈드형 배양 장치의 경우 작은 생산용량을 보완하여 높은 생산성을 올리기 위해서 고농도로 조류를 배양하게 되는데, 미세조류의 농도가 증가하면서 미세조류에 의한 그림자 효과에 의하여 광에 노출되는 조류와 노출되지 않는 미세조류가 생길 수 있어 배양용기 내에서의 배양액의 충분한 교반이 없으면 모든 조류에 공평하게 수광시킬 수 없고, 고생산성을 달성할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 클로즈드형의 배양 장치에 있어서는 배양용기 내에서 미세조류가 콜로니를 형성하여 침전되기 때문에 광의 투과가 차단되어 배양효율이 현저히 저하될 뿐만 아니라 배양용기 내에서 미세조류가 침전되면 박테리아의 성장으로 배양액이 부패하는 문제점을 갖게 된다.

본 발명은 상기 문제점을 인식하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 배양용기를 직렬로 연결하여 생산용량을 늘일 수 있을 뿐만 아니라 이산화탄소 또는 공기의 상승력으로 배양액이 배양용기를 순차적으로 순환하면서 배양액의 충분한 교반이 이루어져 높은 생산성을 얻을 수 있고 미세조류의 배양용기 벽면에의 부착이나 배양용기 저면에의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효과를 유지할 수 있는 미세조류 배양 장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 미세조류 배양 장치는, 원기둥 형상으로 내부에 미세조류가 포함된 배양액이 수용되고, 상기 배양액에 빛이 도달되도록 빛이 투과되는 재질로 이루어지며, 복수개가 상하방향으로 세워져 횡으로 배치되는 배양용기와; 상기 복수개의 배양용기가 길이방향을 따라 상호 직렬로 연결되도록 이웃하는 배양용기의 상단부 상호간 및 하단부 상호간에 교대로 연결되는 연결관과; 상기 복수개의 배양용기 중 최외측에 배치되는 한 쌍의 배양용기의 상기 연결관이 연결되지 않은 단부 상호간에 연결되는 순환관과; 상기 배양용기에 수용된 배양액이 교반되도록 함과 동시에 상기 배양액이 상기 연결관 및 상기 순환관을 통해 다른 배양용기로 순차적으로 이동 및 순환되도록 상기 배양액에 소정의 압력을 가하는 배양액순환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 미세조류 배양 장치는, 상기 배양액순환수단은, 상기 복수개의 배양용기 중 적어도 어느 하나의 배양용기에 상기 배양용기의 하단부에 연결되어 있는 상기 연결관과 연통된 상태로 상기 배양용기의 내부에 상하방향으로 세워지는 에어버블내부관통관과, 상기 에어버블내부관통관의 하단부로 이산화탄소 또는 공기를 펌핑하여 에어버블을 발생시키는 에어펌프를 포함하여 구성되어, 상기 에어펌프를 통해 발생된 에어버블이 상기 에어버블내부관통관을 따라 수직상승하며 상기 배양액에 소정의 압력을 가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 미세조류 배양 장치는, 상기 배양용기는, 하단부에 내측 바닥면이 오목한 곡면 형상으로 형성되어 내측벽과 만곡하게 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 미세조류 배양 장치는 배양용기를 직렬로 연결하여 생산용량을 늘일 수 있을 뿐만 아니라 이산화탄소 또는 공기의 상승력으로 배양액이 배양용기를 순차적으로 순환하면서 배양액의 충분한 교반이 이루어져 높은 생산성을 얻을 수 있고 만곡한 바닥면의 형상으로 인하여 미세조류의 배양용기 벽면에의 부착이나 배양용기 저면에의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효과를 유지할 수 있는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 배양 장치를 도시한 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 배양 장치의 배양용기의 구조를 도시한 단면도

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 미세조류 배양 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 배양 장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 배양 장치의 배양용기의 구조를 도시한 단면도이다.

도면을 살펴보면, 본 발명에 따른 미세조류 배양 장치는 배양용기(10)와, 연결관(20)과, 순환관(30)과, 배양액순환수단(40)을 포함하여 구성된다.

상기 배양용기(10)는 내부에 광합성을 하는 미세조류가 포함된 배양액이 수용되는 구성으로 상기 미세조류의 광합성을 위한 빛이 상기 배양액에 도달될 수 있도록 빛이 투과되는 재질 예를 들면, 폴리카보네이트(PC)와 같은 재질로 이루어진다.

또한, 상기 배양용기(10)는 원기둥 형상으로 형성되는데 하단부에 내측 바닥면(11)이 오목한 곡면 형상으로 형성되어 내측벽(12)과 만곡하게 연결된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 배양용기(10)의 바닥면(11)과 내측벽(12) 사이에 각진 모서리부가 형성되지 않아 상기 배양액순환수단(40)에 의해 배양액이 가압되는 경우 하단부에서의 배양액의 원활한 대류 또는 흐름을 유도함으로써 배양액의 교반을 촉진하게 됨은 물론 바닥면(11)으로의 미세조류의 침전을 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 배양용기(10)는 복수개가 상하방향으로 세워져 횡으로 배치되고, 복수개의 배양용기(10)는 후술할 연결관(20) 및 순환관(30)에 의해 상호 직렬 및 배양액의 순환이 가능하게 연결된다. 본 발명의 일실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 총 14개의 배양용기(10)가 상하방향으로 세워져 횡으로 배치된 모습을 도시하였다.

상기 연결관(20)은 상기 복수개의 배양용기(10)가 길이방향을 따라 상호 직렬로 연결되도록 하는 구성으로 이웃하는 배양용기의 상단부 상호간을 연결하는 상부연결관(20a) 및 이웃하는 배양용기의 하단부 상호간을 연결하는 하부연결관(20b)으로 구성되고, 상기 상부연결관(20a) 및 상기 하부연결관(20b)은 상기 복수개의 배양용기(10)가 길이방향을 따라 상호 직렬로 연결될 수 있도록 교대로 배치되게 된다.

한편, 상기 상부연결관(20a)에는 미세조류의 광합성에 의해 발생된 산소 등의 가스가 외부로 배출될 수 있는 통기관(V)이 연결되고, 상기 하부연결관(20b)에는 배양액을 외부로 배출할 수 있는 드레인관(D)이 연결되며, 상기 복수개의 배양용기(10) 중 최외측에 배치된 어느 하나의 배양용기(10a)에는 상기 배양용기(10)에 해수를 공급할 수 있는 해수공급관(I)이 연결된다.

상기 순환관(30)은 상기 연결관(20)에 의해 상기 복수개의 배양용기(10)가 길이방향을 따라 상호 직렬로 연결된 상태에서 배양액의 순환이 가능하도록 하는 구성으로 상기 복수개의 배양용기(10) 중 최외측에 배치되는 한 쌍의 배양용기(10 a, 10b)의 상기 연결관(20)이 연결되지 않은 단부 상호간에 연결된다.

본 발명의 일실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 복수개의 배양용기(10) 중 최외측에 배치되는 한 쌍의 배양용기(10a, 10b)의 하단부는 이웃하는 다른 배양용기와 하단부가 하부연결관(20b)으로 연결되도록 구성하였고, 상단부를 상기 순환관(30)으로 상호 연결하여 배양액의 순환이 가능하도록 구성하였다.

상기 배양액순환수단(40)은 미세조류가 중력에 의해 침감하여 폐사되는 것을 방지하는 구성으로 상기 배양용기(10)에 수용된 배양액이 교반되도록 함과 동시에 상기 배양액이 상기 연결관(20) 및 상기 순환관(30)을 통해 다른 배양용기(10)로 순차적으로 이동 및 순환되도록 상기 배양액에 소정의 압력을 가하도록 구성되는데, 본 발명의 일실시예에서는 에어버블내부관통관(41)과, 에어펌프(42)를 포함하여 구성된다.

상기 에어버블내부관통관(41)은 상기 복수개의 배양용기(10) 중 적어도 어느 하나의 배양용기(10a, 10c) 본 발명의 일실시예에서는 일측과 중앙에 배치된 2개의 상기 배양용기(10a, 10c))의 하단부에 연결되어 있는 상기 하부연결관(20b)과 연통된 상태로 상기 배양용기(10a, 10c)의 내부에 상하방향으로 세워지도록 구성되고, 상기 에어펌프(42)는 에어배관(A)을 통해 상기 에어버블내부관통관(41)의 하단부로 이산화탄소 또는 공기를 펌핑하여 에어버블을 발생시키도록 구성된다.

상기와 같이 상기 에어펌프(42)를 통해 발생된 에어버블은 상기 에어버블내부관통관(41)을 따라 수직상승하게 되고, 이 때 상기 에어버블내부관통관(41)의 하단부에 발생되는 부압은 상기 하부연결관(20b)을 통해 이웃하는 배양용기(10)에 있던 배양액을 하부로 끌어오게 되며, 에어버블이 상기 에어버블내부관통관(41)의 상단부로 분출되는 압력으로 인해 배양액은 상부연결관(20b) 또는 순환관(30)을 통해 연결된 다른 배양용기(10)로 이동되는 것이다.

또한, 상기 에어펌프(42)를 통해 발생된 에어버블은 이산화탄소 또는 이산화탄소가 함유가 공기인 것으로 이산화탄소는 광합성 작용의 에너지원으로서 에어버블이 미세조류의 광합성을 촉진시키는 역할을 아울러 수행하게 되는 것이다.

상기와 같은 구성요소들의 유기적인 결합에 의하여 본 발명에 따른 미세조류 배양 장치는 복수개의 배양용기(10)를 직렬로 연결하여 생산용량을 늘일 수 있을 뿐만 아니라 상기 배양액순환수단(40)을 통해 이산화탄소 또는 공기의 상승력으로 배양액이 상기 연결관(20) 및 상기 순환관(30)을 따라 상기 복수개의 배양용기(10)를 순차적으로 순환하면서 배양액의 충분한 교반이 이루어져 높은 생산성을 얻을 수 있고, 상기 배양용기(10)의 만곡한 바닥면(11)의 형상으로 인하여 미세조류의 배양용기(10) 벽면에의 부착이나 배양용기(10) 저면에의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효과를 유지할 수 있는 효과를 갖게 되는 것이다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 미세조류 배양 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

I 해수공급관
D 드레인관
A 에어배관
V 통기관
10 배양용기
11 바닥면
12 측벽
20 연결관
20a 상부연결관
20b 하부연결관
30 순환관
40 배양액순환수단
41 에어버블내부관통관
42 에어펌프

Claims

원기둥 형상으로 내부에 미세조류가 포함된 배양액이 수용되고, 상기 배양액에 빛이 도달되도록 빛이 투과되는 재질로 이루어지며, 복수개가 상하방향으로 세워져 횡으로 배치되는 배양용기와;
상기 복수개의 배양용기가 길이방향을 따라 상호 직렬로 연결되도록 이웃하는 배양용기의 상단부 상호간 및 하단부 상호간에 교대로 연결되는 연결관과;
상기 복수개의 배양용기 중 최외측에 배치되는 한 쌍의 배양용기의 상기 연결관이 연결되지 않은 단부 상호간에 연결되는 순환관과;
상기 배양용기에 수용된 배양액이 교반되도록 함과 동시에 상기 배양액이 상기 연결관 및 상기 순환관을 통해 다른 배양용기로 순차적으로 이동 및 순환되도록 상기 배양액에 압력을 가하는 배양액순환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양 장치.
제1항에 있어서,
상기 배양액순환수단은, 상기 복수개의 배양용기 중 적어도 어느 하나의 배양용기에 상기 배양용기의 하단부에 연결되어 있는 상기 연결관과 연통된 상태로 상기 배양용기의 내부에 상하방향으로 세워지는 에어버블내부관통관과, 상기 에어버블내부관통관의 하단부로 이산화탄소 또는 공기를 펌핑하여 에어버블을 발생시키는 에어펌프를 포함하여 구성되어, 상기 에어펌프를 통해 발생된 에어버블이 상기 에어버블내부관통관을 따라 수직상승하며 상기 배양액에 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배양용기는, 하단부에 내측 바닥면이 오목한 곡면 형상으로 형성되어 내측벽과 만곡하게 연결되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양 장치.