KR101315886B1 - 다면체로 이루어진 광생물반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다면체로 이루어진 광생물반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비닐 재질의 시트(sheet)를 이용하여 다면체 구조로 형성함으로써 빛의 조사 면적을 향상시키는 다면체로 이루어진 광생물반응기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기는, 외부에 일정 높이로 다수개의 고정수단을 서로 교호되게 고정시켜 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되게 형성되며 그 내부에 미세조류 및 배양액이 수용되는 반응시트와; 상기 반응시트의 내부에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급부와; 상기 반응시트의 내부로 공급되었던 이산화탄소에서 미세조류의 광합성작용에 의해 분해된 산소를 배출시키는 산소배출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다면체로 이루어진 광생물반응기{Polyhedron-type photobioreactor}

본 발명은 다면체로 이루어진 광생물반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비닐 재질의 시트(sheet)를 이용하여 다면체 구조로 형성함으로써 빛의 조사 면적을 향상시키는 다면체로 이루어진 광생물반응기에 관한 것이다.

전 세계적으로 석유, 천연가스 등의 고갈, 수급체계의 불안정성 등의 고유가 위기가 조성되고 있으며, 이와 더불어 기후변화, 환경파괴 등의 생태계 보호를 위하여 화석에너지의 사용 제한이 가시화되고 있는 실정이다.

이에 따라 세계 각국은 신재생에너지 개발은 물론, 기존의 화력발전의 효율 증대와 친환경 제고에 힘을 기울이고 있으며 바이오매스의 이용도 각광을 받고 있다.

최근에는 바이오연료 생산에 따른 곡물자원의 가격 인상과 식량자원에 관한 우려로 미세조류 이용 연구가 바이오연료 생산에 초점을 맞추어 광합성 미생물의 유전체, 유전자 등 기초 연구뿐만 아니라, 미생물 개량, 반응기, 시스템 연구 등 응용연구가 대규모로 진행되고 있다.

특히 고활성 조류를 개발하기 위해 고효율 광생물반응기 및 고농도 배양기술의 개발이 시도되고 있으며, 미세조류와 같은 광합성 미생물을 배양하는 방법은 크게 옥외배양법과 광생물반응기를 이용하는 방법으로 나눌 수 있다.

옥외배양법의 경우는 연못형태나 외륜으로 배지를 순환시키는 수로형태를 예로 들 수 있는데, 설치비나 운영비가 적게 드는 반면, 고농도의 배양이 힘들고 다른 미생물에 의해 오염되기 쉬워 광합성 산물의 회수비용이 증가한다는 단점이 있다.

따라서, 광합성 미생물을 이용한 고부가가치 물질의 생산이 가능하게 되고, 특히 생물학적 이산화탄소 고정화 공정에 광합성 미생물의 고농도 대량배양 기술이 필수적으로 요구됨에 따라 배양효율이 높은 광생물반응기에 대한 수요가 증대되고 있는 실정이다.

특히, 우리나라와 같이 설치 부지가 부족한 나라에서는 광 활용 효율을 높이기 위해 수 cm의 원통형 컬럼을 수직으로 배치한 광생물반응기의 실용화 가능성이 높다.

그러나, 종래의 광생물반응기는 반응기 구조의 복잡성으로 인한 고가의 설치비와 관리 인력 때문에 대규모화가 곤란하다는 단점이 있어 경제성이 떨어지고, 빛의 조사 면적 감소로 인해 빛의 투과율이 감소되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비닐 재질의 시트(sheet)를 이용하여 다면체 구조로 형성함으로써 빛의 조사 면적을 증가시켜 빛의 투과율을 증대시킬 수 있는 다면체로 이루어진 광생물반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기는, 외부에 일정 높이로 다수개의 고정수단을 서로 교호되게 고정시켜 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되게 형성되며 그 내부에 미세조류 및 배양액이 수용되는 반응시트와; 상기 반응시트의 내부에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급부와; 상기 반응시트의 내부로 공급되었던 이산화탄소에서 미세조류의 광합성작용에 의해 분해된 산소를 배출시키는 산소배출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기는, 비닐 재질의 시트(sheet)를 이용하여 다면체 구조로 이루어지도록 배열을 최적화하여 빛의 조사 면적을 증가시켜 빛의 투과율을 증대시킴으로써, 미세조류의 생산효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 어느 한 부분에 압력이 집중되지 않도록 미세조류 및 배양액을 균일하게 분포시킴으로써 광생물반응기가 터지거나 파손되는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 고정수단의 설치예를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기의 사용상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 미세조류의 제작방법을 도시한 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 미세조류의 생산방법을 도시한 공정도.

본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기는, 외부에 일정 높이로 다수개의 고정수단을 서로 교호되게 고정시켜 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되게 형성되며 그 내부에 미세조류 및 배양액이 수용되는 반응시트와; 상기 반응시트의 내부에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급부와; 상기 반응시트의 내부로 공급되었던 이산화탄소에서 미세조류의 광합성작용에 의해 분해된 산소를 배출시키는 산소배출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응시트는 투명의 비닐 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정수단은 평면상 격자구조 형태이며 2개가 한 쌍으로 이루어져 다단 설치되는 고정대와, 상기 고정대의 양단을 지지하는 받침대로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정대의 사이에는 상기 고정대의 간격을 일정하게 유지하도록 간격유지대가 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이산화탄소공급부는 외부에 구비된 이산화탄소저장조에 연결되어 상기 반응시트에 관통 삽입되는 공급배관과, 상기 공급배관의 일측에 설치되어 이산화탄소를 공급시키는 펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산소배출부는 상기 반응시트에 관통 삽입되어 상기 반응시트에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소가 배출되는 배출배관과, 상기 배출배관의 일측에 설치되어 산소를 외부로 배출되게 하는 펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응시트의 하부에는 상기 반응시트의 하부 내주면에 삽입되는 마개와, 상기 반응시트와 마개의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡으로 구성되는 밀폐수단이 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기 제작방법은, 2개가 한 쌍으로 이루어진 고정대를 서로 교호되게 다단 설치하는 단계와; 상기 고정대 사이로 비닐 재질의 반응시트를 통과시키는 단계와; 상기 반응시트의 내부에 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소공급부를 설치하는 단계와; 상기 반응시트의 내부에 분해된 산소를 배출하기 위한 산소배출부를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 미세조류 생산방법은, 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되게 형성된 반응시트를 다수개 설치하는 미세조류 배양 준비단계와; 상기 반응시트의 내부에 미세조류 및 배양액을 공급하고 이산화탄소를 공급하여 미세조류를 배양시키는 미세조류 배양단계와; 상기 반응시트의 내부에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소를 배출시키는 산소 배출단계와; 상기 반응시트에서 농축 배양된 미세조류를 회수하는 미세조류 회수단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고정수단의 설치예를 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기의 사용상태를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 미세조류의 제작방법을 도시한 공정도이며, 도 5는 본 발명에 따른 미세조류의 생산방법을 도시한 공정도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다면체로 이루어진 광생물반응기는 반응시트(1), 이산화탄소공급부(2), 산소배출부(3), 고정수단(4)을 포함하여 구성된다.

상기 반응시트(1)는 외부에 일정 높이로 다수개의 고정수단(4)을 서로 교호되게 고정시켜 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되게 형성되며 그 내부에 미세조류 및 배양액이 수용된다. 상기 반응시트(1)는 투명의 비닐 재질로 이루어진다.

상기 반응시트(1)는 다면체 구조로 이루어지도록 배열을 최적화하여 빛의 조사 면적을 증가시켜 빛의 투과율을 증대시킬 수 있다.

상기 반응시트(1)의 하부에는 상기 반응시트(1)의 하부 내주면에 삽입되는 마개(61)와, 상기 반응시트(1)와 마개(61)의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡(62)으로 구성되는 밀폐수단(6)이 결합된다.

상기 이산화탄소공급부(2)는 상기 반응시트(1)의 내부에 이산화탄소를 공급하는 역할을 하며, 상기 이산화탄소공급부(2)는 외부에 구비된 이산화탄소저장조(21)에 연결되어 상기 반응시트(1)에 관통 삽입되는 공급배관(22)과, 상기 공급배관(22)의 일측에 설치되어 이산화탄소를 공급시키는 펌프(23)로 구성된다.

상기 공급배관(22)의 일측에 한 개 또는 한 개 이상의 밸브(24)가 더 구비된다.

상기 산소배출부(3)는 상기 반응시트(1)의 내부로 공급되었던 이산화탄소에서 미세조류의 광합성작용에 의해 분해된 산소를 배출시키는 역할을 하며, 상기 산소배출부(3)는 상기 반응시트(1)에 관통 삽입되어 상기 반응시트(1)에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소가 배출되는 배출배관(31)과, 상기 배출배관(31)의 일측에 설치되어 산소를 외부로 배출되게 하는 펌프(32)로 구성된다.

상기 고정수단(4)은 평면상 격자구조 형태이며 2개가 한 쌍으로 이루어져 다단 설치되는 고정대(41)와, 상기 고정대(41)의 양단을 지지하는 받침대(42)로 구성된다. 상기 고정대(41)의 사이에는 상기 고정대(41)의 간격을 일정하게 유지하도록 간격유지대(5)가 연결 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 전술한 다면체로 이루어진 광생물반응기의 제작방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 2개가 한 쌍으로 이루어진 고정대를 서로 교호되게 다단 설치하는 단계(100)에서는, 상기 고정대(41)를 평면상 격자구조 형태를 이루도록 서로 교호되게 설치한다. 상기 고정대(41)의 양단에는 받침대(42)가 설치되어 상기 고정대(41)를 지지한다.

상기 한 쌍의 고정대(41)는 공기 또는 산소가 배출되는 배관이 고정대(41) 사이로 통과할 수 있도록 상호 이격 설치되는 것이 바람직하다.

상기 고정대 사이로 비닐 재질의 반응시트를 통과시키는 단계(200)에서는, 서로 교호되게 설치된 고정대(41) 사이로 반응시트(1)를 통과시켜 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되는 형태로 만든다.

따라서, 상기 반응시트(1)는 다면체 구조로 이루어지도록 배열을 최적화하여 빛의 조사 면적을 증가시켜 빛의 투과율을 증대시킬 수 있다.

상기 반응시트의 내부에 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소공급부를 설치하는 단계(300)에서는, 외부에 구비된 이산화탄소저장조(21)에 연결되어 상기 반응시트(1)에 관통 삽입되는 공급배관(22)과, 상기 공급배관(22)의 일측에 설치되어 이산화탄소를 공급시키는 펌프(23)로 구성되는 이산화탄소공급부(2)를 반응시트(1)에 연결시킨다.

상기 반응시트의 내부에 분해된 산소를 배출하기 위한 산소배출부를 설치하는 단계(400)에서는, 상기 반응시트(1)에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소가 배출되는 배출배관(31)과, 상기 배출배관(31)의 일측에 설치되어 산소를 외부로 배출되게 하는 펌프(32)로 구성되는 산소배출부(3)를 반응시트(1)에 연결시킨다. 상기 산소배출부(3)는 상기 반응시트(1)의 상부 또는 하부에 연결될 수 있다.

한편, 전술한 다면체로 이루어진 광생물반응기를 이용한 미세조류의 생산방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 미세조류 배양 준비단계(500)에서는, 평면상 격자구조 형태이며 2개가 한 쌍으로 이루어져 다단 설치되는 고정대(41) 사이로 반응시트(1)를 통과시켜 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되게 형성하여 미세조류를 수용할 수 있도록 한다.

미세조류 배양단계(600)에서는, 상기 반응시트(1)의 내부에 미세조류 및 배양액을 공급하고 이산화탄소를 공급하여 미세조류를 배양시키며, 이산화탄소의 공급에 따라 광합성작용을 일으키며 성장한다.

산소 배출단계(700)에서는, 상기 반응시트(1)의 내부에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소를 배출시키는 것으로, 상기 반응시트(1)에 연결된 산소배출부(3)를 통해 반응시트(1) 내 이산화탄소에서 분해된 산소를 외부로 배출시키게 된다.

미세조류 회수단계(800)에서는, 상기 반응시트(1)에서 농축 배양된 미세조류를 회수하는 것으로, 배양이 완료된 미세조류가 수용되어 있는 반응시트(1)의 상부를 절단하여 회수하게 된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

1 : 반응시트
2 : 이산화탄소공급부
21 : 이산화탄소저장조
22 : 공급배관
23 : 펌프
24 : 밸브
3 : 산소배출부
31 : 배출배관
32 : 펌프
4 : 고정수단
41 : 고정대
42 : 받침대
5 : 간격유지대
6 : 밀폐수단
61 : 마개
62 : 캡

Claims (11)

1. 외부에 일정 높이로 다수개의 고정수단을 서로 교호되게 고정시켜 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되게 형성되며 그 내부에 미세조류 및 배양액이 수용되는 반응시트와;
   상기 반응시트의 내부에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급부와;
   상기 반응시트의 내부로 공급되었던 이산화탄소에서 미세조류의 광합성작용에 의해 분해된 산소를 배출시키는 산소배출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다면체로 이루어진 광생물반응기.
2. 제1항에 있어서, 상기 반응시트는 투명의 비닐 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다면체로 이루어진 광생물반응기.
3. 제1항에 있어서, 상기 고정수단은 평면상 격자구조 형태이며 2개가 한 쌍으로 이루어져 다단 설치되는 고정대와, 상기 고정대의 양단을 지지하는 받침대로 구성되는 것을 특징으로 하는 다면체로 이루어진 광생물반응기.
4. 제3항에 있어서, 상기 고정대의 사이에는 상기 고정대의 간격을 일정하게 유지하도록 간격유지대가 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 다면체로 이루어진 광생물반응기.
5. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소공급부는 외부에 구비된 이산화탄소저장조에 연결되어 상기 반응시트에 관통 삽입되는 공급배관과, 상기 공급배관의 일측에 설치되어 이산화탄소를 공급시키는 펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 다면체로 이루어진 광생물반응기.
6. 제1항에 있어서, 상기 산소배출부는 상기 반응시트에 관통 삽입되어 상기 반응시트에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소가 배출되는 배출배관과, 상기 배출배관의 일측에 설치되어 산소를 외부로 배출되게 하는 펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 다면체로 이루어진 광생물반응기.
7. 제1항에 있어서, 상기 반응시트의 하부에는 상기 반응시트의 하부 내주면에 삽입되는 마개와, 상기 반응시트와 마개의 결합 부위에 밀착 삽입되는 캡으로 구성되는 밀폐수단이 결합되는 것을 특징으로 하는 다면체로 이루어진 광생물반응기.
8. 2개가 한 쌍으로 이루어진 고정대를 서로 교호되게 다단 설치하는 단계와;
   상기 고정대 사이로 비닐 재질의 반응시트를 통과시키는 단계와;
   상기 반응시트의 내부에 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소공급부를 설치하는 단계와;
   상기 반응시트의 내부에 분해된 산소를 배출하기 위한 산소배출부를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다면체로 이루어진 광생물반응기 제작방법.
9. 상,하 및 좌,우로 각각의 삼각형상으로 상호 대칭되게 형성된 반응시트를 다수개 설치하는 미세조류 배양 준비단계와;
   상기 반응시트의 내부에 미세조류 및 배양액을 공급하고 이산화탄소를 공급하여 미세조류를 배양시키는 미세조류 배양단계와;
   상기 반응시트의 내부에 공급된 이산화탄소에서 분해된 산소를 배출시키는 산소 배출단계와;
   상기 반응시트에서 농축 배양된 미세조류를 회수하는 미세조류 회수단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 생산방법.
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 광생물반응기에 미세조류를 투입하여 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 생산방법.
11. 삭제

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