KR101290812B1 - 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템 - Google Patents

태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양추적기능을 구비한 집광기를 통해 태양광을 이용한 에너지 효율을 극대화 시키고, 태양광이 부족할 경우 인공광원에 의해 광을 공급함에 따라 계절 및 시간에 관계없이 미세조류의 대량 생산이 가능한 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 태양광을 집광하는 태양광 집광기, 미세조류 및 배양액이 유입되며, 광원부를 구비하여 상기 태양광 집광기에서 집광된 태양광을 전달받아 내부에 광을 공급하여 미세조류가 배양될 수 있도록 제공하는 배양조 및 태양의 위치를 추적하여 상기 태양광 집광기에 태양광이 집광되게 조절하는 콘트롤러를 포함하여 구성되되, 상기 배양조에는, 상기 광원부의 길이방향을 따라 반복 이동함으로써 상기 배양조의 배양액을 교반시킴과 동시에 상기 광원부와 상기 배양조의 내벽을 세정시키는 교반 및 세정장치를 포함하여 구성되며, 상기 교반 및 세정장치는, 상기 광원부의 둘레면에 띠형태로 위치하는 제1세정부, 상기 광원부의 둘레를 따라 상기 제1세정부를 회전시키는 회전방향이송수단, 상기 광원부의 수직 길이방향을 따라 상기 제1세정부를 왕복으로 이동시키는 길이방향이송수단, 일단이 상기 제1세정부와 연결되어 배양액을 교반시키는 임펠러, 및 상기 임펠러 타단에 솔모양으로 형성되며, 상기 회전방향이송수단 및 길이방향이송수단에 의해 상기 배양조 내벽에 밀착되어 360도 회전 및 수직으로 반복 이동하는 제2세정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템을 제공한다.

Description

태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템{System for culturing micro algae with sunlight tracking function}
본 발명은 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양추적기능을 구비한 집광기를 통해 태양광을 이용한 에너지 효율을 극대화 시키고, 태양광이 부족할 경우 인공광원에 의해 광을 공급함에 따라 계절 및 시간에 관계없이 미세조류의 대량 생산이 가능한 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템에 관한 것이다.
우리나라의 하수고도처리기술은 미생물을 이용한 활성슬러지법 위주로 진행되었으며, 미세조류를 이용한 하수고도처리에 관한 국내연구는 전무한 상태이다. 기존 하수고도처리 시스템에서는 질산화/탈질 과정을 통해 질소를 제거하지만, 미세조류의 경우
Figure 112012068796081-pat00001
등의 다양한 형태의 질소를 질소원으로 활용하므로 질산화/탈질 과정 없이 질소의 제거가 가능하다.
또한, 기존 하수고도처리 시스템에서는 질소와 인의 제거효율을 높이기 위해 미생물 성장에 필요한 유기탄소를 외부에서 공급해줌으로써 운영비 상승 등의 문제점이 있지만, 미세조류는 무기탄소를 탄소원으로 사용하므로 외부에서 유기탄소원의 공급이 없어도 질소와 인의 처리가 가능하다.
그러나, 미세조류를 이용하여 하수고도처리를 실시할 경우, 빛을 공급하는 설비가 반드시 필요한 실정이다. 특히, 우리나라의 경우, 태양광이 일정하지 않고 일조시간이 연간 약 2,000시간 내외(기상청, 2009)에 불과하여 태양광만으로 미세조류를 성장시키는데에는 한계가 있다, 또한, 온도 및 강우량의 일편차 및 연편차가 큰 지역에서는 미세조류의 고농도 배양을 위해서는 밀폐형 배양장치인 광생물반응기에 의해서 수행되어야만 경쟁력을 가질 수 있었다.
그러나, 밀폐형 배양은 개방형 배양보다 초기투자비용과 운전비용이 높은 문제를 가지고 있을 뿐만 아니라, 태양광과의 접촉시간이나 투과등을 고려하여 약 0.1m 두께이내의 관(tube)형 반응기로 제작해야함에 따라 설치지역도 매우 제한적인 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 태양추적기능을 구비한 집광기를 통해 밀폐형 배양 및 개방형 배양에 관계없이 태양광을 이용한 에너지 효율을 극대화 시키고, 태양광이 부족할 경우 인공광원에 의해 광을 공급함에 따라 계절 및 시간에 관계없이 미세조류의 대량 생산이 가능한 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은, 태양광을 집광하는 태양광 집광기, 미세조류 및 배양액이 유입되며, 광원부를 구비하여 상기 태양광 집광기에서 집광된 태양광을 전달받아 내부에 광을 공급하여 미세조류가 배양될 수 있도록 제공하는 배양조 및 태양의 위치를 추적하여 상기 태양광 집광기에 태양광이 집광되게 조절하는 콘트롤러를 포함하여 구성되되, 상기 배양조에는, 상기 광원부의 길이방향을 따라 반복 이동함으로써 상기 배양조의 배양액을 교반시킴과 동시에 상기 광원부와 상기 배양조의 내벽을 세정시키는 교반 및 세정장치를 포함하여 구성되며, 상기 교반 및 세정장치는, 상기 광원부의 둘레면에 띠형태로 위치하는 제1세정부, 상기 광원부의 둘레를 따라 상기 제1세정부를 회전시키는 회전방향이송수단, 상기 광원부의 수직 길이방향을 따라 상기 제1세정부를 왕복으로 이동시키는 길이방향이송수단, 일단이 상기 제1세정부와 연결되어 배양액을 교반시키는 임펠러, 및 상기 임펠러 타단에 솔모양으로 형성되며, 상기 회전방향이송수단 및 길이방향이송수단에 의해 상기 배양조 내벽에 밀착되어 360도 회전 및 수직으로 반복 이동하는 제2세정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 미세조류 배양 시스템은, 지하나 비닐하우스 내부에 배양조를 설치하여 빗물방지, 외부 미세균에 의한 오염방지 및 외부온도에 의한 영향을 줄이고, 소요부지면적을 감소시킬 수 있다. 또한, 태양광 및 인공광원에 의해 광을 공급함에 따라 계절 및 시간에 관계없이 미세조류의 대량 생산이 가능하다.
더불어, 본 발명은 하·폐수 처리장이나 축산폐수 처리장의 방류수에 이산화탄소를 용해시킨 배양액을 사용하여, 연중 지속적으로 대량의 원수를 공급할 수 있어 고가의 배지를 대체할 수 있으며, 태양추적기능을 구비한 집광기를 통해 태양광을 이용한 에너지 효율을 극대화 시킬 수 있어 미세조류 생산에 따른 제조원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 배양 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 집광기의 외부 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배양조의 외부 사시도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배양조의 외부 사시도.
도 5는 도 3에 도시된 배양조를 적용한 미세조류 배양 시스템의 외부 사시도.
도 6은 도 4에 도시된 배양조를 적용한 미세조류 배양 시스템의 외부 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세조류 배양 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미세조류 배양 시스템은 크게 태양광 집광기(100)와 배양조(300)로 구성되며, 상기 태양광 집광기(100) 및 배양조(300)는 콘트롤러(200)에 의해 제어된다.
콘트롤러(200)는 태양의 위치를 추적하여 상기 태양광 집광기(100)가 태양광과 최대한 수직인 상태로 태양광이 집광되게 조절하며, 태양광 집광기(100)는 태양광을 집광하여 다수개의 광섬유로 이루어진 광섬유부를 통해 배양조(300)의 광원부로 전달한다. 이어서, 미세조류 및 이산화탄소가 용해된 배양액이 유입된 배양조(300)는 상기 태양광 집광기(100)에서 집광된 태양광을 상기 광섬유부를 통해 전달받아 내부에서 미세조류가 배양될 수 있도록 제공한다.
이때, 콘트롤러(200)는 날씨변화에 의해서 태양광이 적거나 없을 때 별도로 구비된 축전지(400)에 저장된 전기에너지를 통해 배양조(300)의 광원부를 인공적으로 작동시키고, 배양조(300) 내부의 조도가 기 설정된 수준으로 유지될 수 있도록 광원부의 조도를 자동으로 제어한다. 이에 따라, 본 발명은 배양 시스템은 밀폐형 배양조 및 개방형 배양조에 관계없이 태양광을 통한 에너지 효율을 극대화시킬 수 있으며, 배양조 내부로 공급되는 광원의 조도를 날씨와 시간에 상관없이 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 집광기의 외부 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 집광기(100)는 배양조(300)에 태양광을 제공하기 위한 구성요소로서, 반사거울(110), 2차 반사거울(120), 태양광 수집기(130), 팬-틸트(140), 적외선 및 자외선 필터(미도시), 광센서(150), GPS 위치 감지기(160)를 포함하여 구성되며, 다수개의 광섬유로 이루어진 광섬유부(170)를 통해 태양광 수집기(130)와 배양조의 광원부 및 별도로 구비된 축전지(400)와 연결되며, 태양광 집광기(100) 내부에 탑재되는 콘트롤러(300)에 의해 제어된다.
본 발명의 태양광 집광기(100)는 태양빛을 집광하여 사용자가 원하는 장소에 햇빛을 공급해줄 수 있는 태양광 채광기술로서, 태양에너지를 전기나 열로 변환하지 않고 직접 채광하여 조명이나 생육광(生育光)에 이용한다. 태양열 및 태양광 발전 기술이 열 또는 전기로 변환하는 과정에서 수반하는 손실로 인하여 태양에너지 이용 효율이 최대 20% 수준밖에 되지 않는 반면에, 태양광 채광 기술은 빛 에너지를 아무런 변환 없이 그대로 사용하므로, 이용효율이 50~60%로 매우 높은 기술이다.
이러한 태양광 집광기(100)는, 주변의 조형물로 인해 발생되는 그늘로 인하여 음영지역이 없는 곳에 고정 설치되며, 눈이나 비를 대비하여 태양광 집광기(100)를 보호할 수 있도록 투명 돔 내부에 구비될 수도 있다.
반사거울(110)은 원형의 대형거울로 이루어져 있으며, 중심부에는 태양광 수집기(130)가 위치하여 반사거울(110)의 외둘레에서 중심부로 갈수록 기울어져 반사하는 태양광을 태양광 수집기(130)가 모으도록 구성되며, 2차 반사거울(120)은 상기 태양광 수집기(130)의 중심부 상면에 일정 거리를 두고 위치하여, 상기 반사거울(110)에 의해 반사된 태양광을 아래방향에 위치한 태양광 수집기(130)로 반사시킨다. 이러한 반사거울(110)과 2차 반사거울(120)을 구비한 태양광 수집기(130)는 하부에 구비된 팬-틸트(pan-tilt, 140)를 통해 콘트롤러(200)의 제어에 따라 태양이 떠있는 동안 태양을 따라서 움직이게 된다.
태양광 수집기(130)는 태양광을 집광하여 다수개의 광섬유로 이루어진 광섬유부(170)로 전달하며, 광섬유부(170)는 연결된 배양조의 광원부로 수집된 태양광을 전달한다. 이때, 태양광 수집기(130)로 수집된 태양광은 적외선 및 자외선 필터를 통해 적외선과 자외선을 차단한 가시광선만을 전송함으로써 태양광 제공에 의한 배양조 내부의 온도 변화에 영향이 적으며, 필요에 따라 축전지(400)와 연결되어 별도의 장치를 통해 전기에너지로 변환되어 저장된다.
이러한 축전지(400)는 팬-틸트(140) 및 콘트롤러(300)를 위한 전력공급과, 태양이 없거나 약할 때 작동되는 인공광원의 전력공급을 위해 사용된다. 또한, 축전지(400)는 별도로 구비된 태양전지에 의해 수집된 태양광을 전기에너지로 변환하여 저장할 수도 있으며, 태양광만으로 제공되는 전력이 부족할 경우를 대비하여 별도의 전력공급장치와 연결될 수도 있다.
GPS 위치 감지기(160)는 위성의 신호를 받아 시간, 위도, 경도, 속도 등의 정보를 콘트롤러(200)로 제공하며, 콘트롤러(200)는 천문학 계산에 의하여 현재 위치 및 시간에서 태양의 방위각과 고도각을 계산할 수 있게 된다. 본 발명의 태양광 집광기(100)는 고정식으로 설치장소의 지평좌표계와 정렬하여 설치되어 있으며, 천문학 계산에 의하여 시간에 따른 그 지점에서의 태양의 방위각과 고도각이 주어지면 팬-틸트(pan-tilt, 140) 구동의 2축 제어방식을 사용하여 태양을 추척한다. 이 경우, 태양광 집광기(100)가 지평좌표계와 정렬되어 있으므로 방위각에 해당하는 팬-구동과 고도각에 해당하는 틸트-구동만으로 제어가 가능하다.
또한, 본 발명의 콘트롤러(200)는 광센서(150)를 통해 날씨변화에 의해서 태양광이 적거나 없을 때 축전지(400)에 저장된 전기에너지를 통해 배양조의 광원부를 인공적으로 작동시키고, 배양조 내부의 조도가 기 설정된 수준으로 유지될 수 있도록 광원부의 조도를 자동으로 제어한다. 이에 따라, 배양조 내부로 공급되는 광원의 조도를 날씨와 시간에 상관없이 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배양조의 외부 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배양조(300)는 태양광 집광기에서 집광된 태양광을 전달받아 미세조류가 배양될 수 있도록 제공하는 구성요소로서, 밀폐된 용기형태의 배양용기(310)와, 배양용기(310) 일측에 구비되는 투입구(340), 배양용기(310) 중심부에 위치하는 광원부(320)와 상기 광원부(320)의 외표면에 끼워져 360도 회전하며, 광원부(320)의 길이를 따라 상·하로 움직이는 교반 및 세정장치(330)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배양조(300)는 지하 또는 비닐하우스 내부에 설치되어, 빗물방지, 외부 미세균에 의한 오염방지 및 외부온도에 의한 영향을 줄이고, 소요부지면적을 감소시킬 수도 있다.
먼저, 배양용기(310)의 일측에는 미세조류 및 이산화탄소가 용해된 배양액이 유입되는 투입구(340)가 구비되며, 투입구(340)와 연결된 미세조류 및 배양액의 공급경로는 개폐장치(342)에 의해 개폐가 조절된다. 이러한 개폐장치(342)는 마개, 벨브 또는 전동수문으로 구성될 수 있다.
본 발명의 배양용기(310)에 유입되는 배양액은 이산화탄소가 용해된 배양액으로 특히, 하·폐수 처리장이나 축산폐수 처리장의 방류수에 이산화탄소를 용해시킨 배양액이 투입된다. 하·폐수 처리장이나 축산폐수 처리장의 방류수 내에는 영양염류와 미량원소가 풍부하고 연중 지속적으로 대량의 원수를 공급할 수 있어, 고가의 배지를 대체함으로써 생산원가를 절감할 수 있다. 또한, 방류수를 이용할 경우, 기존 하수처리장의 방류수질중 강화된 총인 규제에 대응하기 위하여 설치된 총인 처리시설을 대체함으로써 화학응집제 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 화학응집제 사용에 의한 2차적 환경을 방지할 수 있게 된다.
배양용기(310)는 내부에서 미세조류가 배양될 수 있도록 하는 밀폐된 용기형태를 갖는다. 이러한 용기형태는 원통형, 사각형, 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 투과성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어질 수 있다. 배양용기의 내벽(312)은 배양용기 중심부에 위치하는 광원부(320)의 광을 배양용기(310) 내부에 전체적으로 확산시킬 수 있도록 반사판 설치되어 있거나, 폴리염화비닐(PVC) 또는 폴리에틸렌 시트(PE Sheet) 등을 이용한 표면코팅이 되어 있으며, 배양용기의 외벽(314)은 콘크리트 또는 보온재를 이용하여 외부온도에 의한 배양용기(310)를 보온한다.
광원부(320)는 태양광 집광기와 광섬유부에 의해 연결되어 태양광 집광기(100)에서 집광된 태양광을 전달받아 배양용기(310) 내부에 광을 전달한다. 또한, 광원부(320)는 전기에너지를 저장하고 있는 축전지와 연결되어 콘트롤러(200)의 제어에 의해 전기에너지를 전송받아 배양용기(310) 내부에 광을 전달한다. 이에 따라 광원부(320)는 태양광 집광기(100)에 의한 태양광과 축전지에 의한 인공광 모두를 배양용기(310) 내부에 전달 가능하며, 이러한 광원부(320)는 LED, 형광등, 냉음극 형광램프, 광섬유 다발 또는 이들을 혼합하여 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 광원부(320)가 광섬유 다발로 구성될 경우, 광원부는 낮에 태양이 있는 시간에는 태양광 수집기를 통해 수집된 태양광을 그대로 전달받아 배양조 내부에 광을 공급하며, 태양이 없거나 약할때는 축전지와 연결되어 별도로 구비된 LED를 통해 광을 공급받아 배양조 내부에 광을 공급한다.
교반 및 세정장치(330)는 광원부(320)의 외둘레를 따라 이동시키기 위해 구비되는 회전방향이송수단(미도시)과, 광원부(320)의 수직 길이방향을 따라 왕복으로 이동시키기 위해 구비되는 길이방향이송수단(미도시)과, 띠형태로 형성되어 광원부(320)의 축에 끼워지며, 광원부(320)의 표면에 밀착되어 반복 이동하게 됨으로써 광원부(320)의 표면을 마찰하여 클리닝하게 되는 제1세정부(332), 일단은 제1세정부(332)와 연결되어 회전방향이송수단의 회전력에 의해 회전되면서 배양액을 젓게되어 배양액을 교반시키는 "^"(hat)자 모양의 노(櫓)형 임펠러(334)가 다수개 구비되며, 임펠러(334) 타단에는 각각 솔모양이 형성되어 배양용기 내벽(312)의 표면에 밀착되어 반복 이동하게 됨으로써 배양용기 내벽(312)의 표면을 마찰하여 클리닝하게 되는 제2세정부(336)를 포함하여 구성된다. 이때, 제1세정부(332) 및 제2세정부(336)는 광원부(320) 및 배양용기 내벽(312)에 클리닝에 의한 스크래치가 발생되지 않도록, 스펀지, 브러쉬, 매직몰트 또는 고무재질 등으로 제조되는 것을 바람직하다.
이에 따라, 본 발명에 따른 교반 및 세정장치(330)에 의해 배양용기(310) 내부에서는 배양액의 교반과 함께 광원부(320) 및 배양용기 내벽(312)을 동시에 클리닝 할 수 있게 되어, 배양용기(310) 내부에서 생장하는 미세조류의 농도 분포가 균일하게 유지될 수 있으며, 배양용기의 내벽(312) 및 광원부(320)에 미세조류가 쉽게 부착되지 않아 배양용기(310) 및 광원부(320)를 깨끗하게 유지할 수 있다.
이러한 배양조(300)를 통해 미세조류는 배양용기(310) 내부에서 성장하고, 생육된 미세조류는 배양용기에 별도로 구비된 배출구를 통해 배출되거나, 또는 배양용기(310)를 분리하거나 별도의 수단에 의해서 채취될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배양조의 외부 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배양조는, 태양광 집광기에서 집광된 태양광을 전달받아 미세조류가 배양될 수 있도록 제공하는 구성요소로서, 상부가 개방된 용기모양의 배양용기(410)와, 배양용기(410) 일측에 구비되는 투입구(440) 및 배출구(450), 배양용기(410) 내부에 위치하는 광원부(420) 및 부유식 수차(430)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배양조는, 지하 또는 비닐하우스 내부에 설치되어, 빗물방지, 외부 미세균에 의한 오염방지 및 외부온도에 의한 영향을 줄이고, 소요부지면적을 감소시킬 수도 있다.
배양용기(410)는 대형 옥외 배양조로서, 미세조류의 대량 배양이 가능하도록 규모가 큰 용기모양의 구조로 시설되며, 전체 외형이 직사각형 공간의 길이방향 양측으로 반원형 공간이 일체로 된 육상 트랙 경기장의 외형과 유사한 구조로 구성된다.
배양용기(410) 내부 중심에는 구획판(416)이 배양용기와 동일 길이 방향으로 길게 배치되어 설치됨에 따라, 배양용기의 내부 공간은 중앙에 설치된 구획판(416)에 의해 육상 트랙 형태의 수로가 형성되며, 부유식 수차(430) 구동에 의해 배양액이 트랙 형태의 수로를 따라 한 방향으로 순환되는 구조로 형성된다. 이러한 배양용기 내부의 구획판(416)은, 단순히 배양용기 내부의 배양액을 순환시키기 위한 구조물로서, 배양용기 내의 미세조류 배양에 영향이 가지않는 한 이산화탄소 용해조 등의 다양한 구성요소의 배치도 가능하다.
상기 부유식 수차(430)는 양어장이나 기타 수처리시설 등에 널리 사용되고 있는 형태를 그대로 사용할 수 있는데, 그 구성에 대해 간단히 설명하면, 본체에 모터가 내장되고 이 모터의 양방향 각 회전축에는 모터의 회전력에 의해 회전되면서 배양액을 밀어내어 수류 발생 및 교반시키는 임펠러가 본체 양 측방으로 장착되며, 본체 하측에는 배양액 표면에 부유될 수 있도록 하기 위한 부력을 유지하는 부구가 부착된 구조로 되어 있다.
이러한, 부유식 수차의 모터는 제어부에 의해 전원을 선택적으로 인가받으면서 또한 상기 제어부에 의해 그 구동이 제어되는 바, 외부에서 제어부를 조작하여 부유식 수차(430)의 회전속도를 조절함으로써 배양액이 순환되는 속도, 즉 배양액의 유속을 조절할 수 있게 된다. 이와 같이, 배양용기(410) 내에 부유식 수차(430)가 설치됨으로써 배양액이 수로를 따라서 순환됨과 동시에 교반될 수 있다.
또한, 배양용기(410)의 일측에는 미세조류 및 이산화탄소가 용해된 배양액이 유입되는 투입구(440)가 구비되며, 배양용기(410)의 타측에는 생육된 미세조류가 배출되는 배출구(450)가 구비된다. 이러한 투입구(440) 및 배출구(450)는 개폐장치(442)에 의해 개폐가 조절되며, 상기 개폐장치(442)는 마개, 벨브 또는 전동수문으로 구성될 수 있다.
본 발명의 배양용기(410)에 유입되는 배양액은 이산화탄소가 용해된 배양액으로 특히, 하·폐수 처리장이나 축산폐수 처리장의 방류수에 이산화탄소를 용해시킨 배양액이 투입된다. 하·폐수 처리장이나 축산폐수 처리장의 방류수 내에는 영양염류와 미량원소가 풍부하고 연중 지속적으로 대량의 원수를 공급할 수 있어, 고가의 배지를 대체함으로써 생산원가를 절감할 수 있다. 또한, 방류수를 이용할 경우, 기존 하수처리장의 방류수질중 강화된 총인 규제에 대응하기 위하여 설치된 총인 처리시설을 대체함으로써 화학응집제 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 화학응집제 사용에 의한 2차적 환경을 방지할 수 있게 된다.
배양용기(410)는 투과성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 배양용기의 내벽(412)은 배양용기 내부에 위치하는 광원부(420)의 광을 배양용기(410) 내부에 전체적으로 확산시킬 수 있도록 반사판 설치되어 있거나, 폴리염화비닐(PVC) 또는 폴리에틸렌 시트(PE Sheet) 등을 이용한 표면코팅이 되어 있으며, 배양용기의 외벽(414)은 콘크리트 또는 보온재를 이용하여 외부온도에 의한 배양용기(410)를 보온한다.
광원부(420)는 태양광 집광기와 광섬유부에 의해 연결되어 태양광 집광기에서 집광된 태양광을 전달받아 배양용기(410) 내부에 광을 전달한다. 또한, 광원부(420)는 전기에너지를 저장하고 있는 축전지와 연결되어 콘트롤러의 제어에 의해 전기에너지를 전송받아 배양용기(410) 내부에 광을 전달한다. 이에 따라 광원부(420)는 태양광 집광기에 의한 태양광과 축전지에 의한 인공광 모두를 배양용기(410) 내부에 전달 가능하며, 이러한 광원부(420)는 LED, 형광등, 냉음극 형광램프, 광섬유 다발 또는 이들이 혼합되어 사용될 수 있다. 또한, 광원부(420)는 구획판을 중심으로 배양용기 양측의 중심 또는 측면에 각각 배치될 수도 있으며, 배양용기의 사방 모서리 부분에 각각 배치될 수도 있고, 배양용기 내부 표면에 광원부가 전체 또는 부분에 일정 간격으로 배치될 수도 있으며, 광섬유 다발을 사용할 경우 수로모양과 동일한 트랙형태로 구성되어 배치될 수도 있다.
특히, 본 발명에 따른 광원부(420)가 광섬유 다발로 구성될 경우, 광원부(420)는 낮에 태양이 있는 시간에는 태양광 수집기를 통해 수집된 태양광을 그대로 전달받아 배양조 내부에 광을 공급하며, 태양이 없거나 약할때는 축전지와 연결되어 별도로 구비된 LED를 통해 광을 공급받아 배양조 내부에 광을 공급한다.
또한, 본 발명의 광원부(420)에는 광원부의 수평 또는 수직 길이방향을 따라 광원부(420)의 표면에 밀착되어 왕복 이동하면서 광원부의 표면을 마찰하여 클리닝하는 세정장치(미도시)를 포함할 수도 있다. 이러한 세정장치는 스펀지, 브러쉬, 매직몰트 또는 고무재질 등으로 제조되는 것을 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3에 도시된 배양조를 적용한 미세조류 배양 시스템의 외부 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 배양 시스템은, 지하에 밀폐된 미세조류 배양용기(310)를 설치하여 소요부지면적을 감소시킬 수 있으며, 동시에 미세조류 배양용기(310)의 높이를 조절하여 설치가 가능하다.
보통 낮에 태양이 있을 경우, 콘트롤러가 GPS 위치 감지기(160)를 통한 천문학 계산을 통해 팬-틸트(140)를 제어함으로써, 태양광 수집기(130)를 태양광과 수직으로 위치시켜 태양광이 태양광 수집기(130)로 향하게 하고, 태양광 수집기(130)는 태양광을 집광시킨다.
수집된 태양광은 다수의 광섬유로 이루어진 광섬유부(170)를 통해 지하에 위치하는 배양조의 광원부(320)로 공급된다. 배양용기(310) 내부에는 미세조류 및 이산화탄소가 용해된 배양액이 유입되며, 광원부(320)로 공급된 태양광은 배양용기 내벽(312)에 위치한 반사판이나 표면코팅에 의해 배양용기(310) 내에 전체적으로 확산되어 배양용기 내의 광원조사효율을 극대화시킨다.
또한, 낮에 태양이 있을 경우, 태양광 수집기(130)를 통해 수집된 태양광의 일부는 별도의 장치를 통해 전기에너지로 전환되어 축전지에 저장됨으로써 팬-틸트(140) 및 콘트롤러(200)를 위한 전력공급과, 태양이 없거나 약할 때 작동되는 인공광원의 전력공급을 위해 사용된다. 이에 따라, 날씨가 흐리거나 우기철 또는 빛이 없는 밤에는 태양광이 약하므로 축전지에 저장되어 있는 전기에너지를 광원부(320)로 공급함으로써, 항상 일정한 밝기의 광량이 배양용기(310) 내부로 유입될 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도 4에 도시된 배양조를 적용한 미세조류 배양 시스템의 외부 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미세조류 배양 시스템은 온도 및 강우량의 일편차 및 연편차가 큰 지역에서도 사용가능하며, 상부가 개방된 대형 옥외 배양조에서도 적용 가능하다.
보통 낮에 태양이 있을 경우, 콘트롤러가 GPS 위치 감지기(160)를 통한 천문학 계산을 통해 팬-틸트(140)를 제어함으로써, 태양광 수집기(130)를 태양광과 수직으로 위치시켜 태양광이 태양광 수집기(130)로 향하게 하고, 태양광 수집기(130)는 태양광을 집광시킨다.
수집된 태양광은 다수의 광섬유로 이루어진 광섬유부(170)를 통해 배양조의 광원부(420)로 공급된다. 배양용기(410) 내부에는 미세조류 및 이산화탄소가 용해된 배양액이 유입되며, 광원부(420)로 공급된 태양광은 배양용기 내벽(412)에 위치한 반사판이나 표면코팅에 의해 배양용기(410) 내에 전체적으로 확산되어 배양용기 내의 광원조사효율을 극대화시킨다.
또한, 낮에 태양이 있을 경우, 태양광 수집기(130)를 통해 수집된 태양광의 일부는 전기에너지를 변환되어 축전지에 저장됨으로써 팬-틸트(140) 및 콘트롤러를 위한 전력공급과, 태양이 없거나 약할 때 작동되는 인공광원의 전력공급을 위해 사용된다. 이에 따라, 날씨가 흐리거나 우기철 또는 빛이 없는 밤에는 태양광이 약하므로 축전지에 저장되어 있는 전기에너지를 광원부(420)로 공급함으로써, 항상 일정한 밝기의 광량이 배양용기(410) 내부로 유입될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세조류 배양 시스템을 이용할 경우, 배양조 내부로 공급되는 광원의 조도를 날씨와 시간에 상관없이 일정하게 유지하는 것이 가능함에 따라 온도 및 강우량의 일편차 및 연편차가 큰 지역에서도 대량의 미세조류 생산이 가능해진다. 또한, 상부가 개방된 옥외 배양조에서도 적용 가능함에 따라 설치지역의 제한 없이 필요한 지역 어디서든 설치가 가능해진다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 취한, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
100 : 태양광 집광기 110 : 반사거울
120 : 2차 반사거울 130 : 태양광 수집기
140 : 팬-틸트 150 : 광센서
160 : GPS 위치 감지기 170 : 광섬유부
200 : 콘트롤러 300 : 배양조
310, 410 : 배양용기 312, 412 : 배양용기의 내벽
314, 414 : 배양용기의 외벽 320, 420 : 광원부
330 : 교반 및 세정장치 332 : 제1세정부
334 : 임펠러 336 : 제2세정부
340, 440 : 투입구 342, 442 : 개폐장치
400 : 축전지 416 : 구획판
430 : 부유식 수차 450 : 배출구

Claims (25)

  1. 미세조류를 배양하는 배양시스템에 있어서,
    태양광을 집광하는 태양광 집광기;
    미세조류 및 배양액이 유입되며, 광원부를 구비하여 상기 태양광 집광기에서 집광된 태양광을 전달받아 내부에 광을 공급하여 미세조류가 배양될 수 있도록 제공하는 배양조; 및
    태양의 위치를 추적하여 상기 태양광 집광기에 태양광이 집광되게 조절하는 콘트롤러;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 배양조는,
    상기 배양조의 배양액을 교반시킴과 동시에 상기 광원부와 상기 배양조 내벽을 세정시키는 교반 및 세정장치를 포함하여 구성되며,
    상기 교반 및 세정장치는,
    상기 광원부의 둘레면에 띠형태로 위치하는 제1세정부,
    상기 광원부의 둘레를 따라 상기 제1세정부를 회전시키는 회전방향이송수단,
    상기 광원부의 수직 길이방향을 따라 상기 제1세정부를 왕복으로 이동시키는 길이방향이송수단,
    일단이 상기 제1세정부와 연결되어 배양액을 교반시키는 임펠러, 및
    상기 임펠러 타단에 솔모양으로 형성되며, 상기 회전방향이송수단 및 길이방향이송수단에 의해 상기 배양조 내벽에 밀착되어 360도 회전 및 수직으로 반복 이동하는 제2세정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배양액은,
    이산화탄소가 용해된 하·폐수 처리장 또는 축산폐수 처리장의 방류수인 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    태양광 집광기는,
    원형의 대형거울로 이루어진 반사거울;
    상기 반사거울의 중심부에 위치하는 태양광 수집기; 및
    상기 태양광 수집기의 중심부 상면에 일정 거리를 두고 위치하는 2차 반사거울;을 포함하여 구성되며,
    상기 반사거울은 외둘레에서 중심부로 갈수록 기울어지도록 구성되어 반사거울에 의해 반사되는 태양광을 태양광 수집기가 모으고, 상기 2차 반사거울은 상기 반사거울에 의해 반사된 태양광을 아래방향에 위치한 태양광 수집기로 반사시키는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광 집광기는,
    투명 돔 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광 집광기는,
    고정식으로 설치장소의 지평좌표계와 정렬하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    GPS 위치 감지기를 통해 위성의 신호를 받아 시간, 위도, 경도, 속도의 정보를 제공받는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    천문학 계산에 의하여 현재 위치 및 시간에서 태양의 방위각과 고도각을 산출하는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 태양광 집광기 하부에는,
    2축 제어방식을 사용하는 팬-틸트가 구비되어 있으며,
    상기 콘트롤러는,
    산출된 방위각에 해당하는 팬-구동과 산출된 고도각에 해당하는 틸트-구동을 제어하여, 상기 태양광 집광기가 태양광과 수직인 상태로 조절하는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광 집광기는,
    다수개의 광섬유로 이루어진 광섬유부를 통해 태양광을 배양조로 전달하는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 배양조는,
    지하 또는 비닐하우스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 배양조는,
    밀폐된 용기로 구성되며,
    상기 배양조 중심부에 상기 광원부가 위치하는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 배양조의 내벽에는,
    반사판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 배양조의 내벽에는,
    폴리염화비닐 또는 폴리에틸렌 시트를 이용한 표면코팅이 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 배양조의 외벽에는,
    콘크리트 또는 보온재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부는,
    LED, 형광등, 냉음극 형광램프, 광섬유 다발 또는 이들이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  17. 삭제
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 제1세정부 및 상기 제2세정부는,
    스펀지, 브러쉬, 매직몰트 또는 고무재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    "^"(hat)자 모양의 노형 임펠러가 다수개 구비되는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  20. 삭제
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 미세조류 배양 시스템은,
    축전기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 축전기는,
    상기 태양광 집광기로부터 전달받은 태양광을 별도의 장치를 통해 전기에너지로 전환하여 축전시키는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 축전기는,
    별도로 구비된 태양전지와 연결되어 태양광을 전기에너지로 전환하여 축전시키는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 축전기는,
    별도의 전력공급원과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
  25. 제 21항에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    상기 배양조 내부가 기 설정된 조도보다 낮을 경우, 상기 축전기로부터 전기에너지를 전송받아 상기 배양조 내부가 기 설정된 조도로 유지될 수 있도록, 상기 광원부의 조도를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양추적기능을 구비한 미세조류 배양 시스템.
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