KR101383943B1

KR101383943B1 - 미세조류 광합성 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101383943B1
Application number: KR1020110129371A
Authority: KR
Inventors: 차오-후이 루
Original assignee: 차오-후이 루
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2014-04-10
Also published as: KR20130063065A

Abstract

미세조류 광합성 시스템 및 방법에 관하고, 미세조류에 배양액을 주입하는 배양순환 시스템을 제공하는데 이용되며, 이러한 반응 시스템은 광합성유닛, 연결유닛, 수집밸브모듈, 가압수액유닛, 수액연결관, 산소배출/집액 장치, 및 연결관체를 포함하고 산소배출/집액 장치는 서로 조합 연결되는 산소배출통 및 집액통을 포함하며, 광학성유닛, 연결유닛, 가압수액유닛, 수액연결관, 산소배출/집액 장치, 연결관체 간의 연결 및 작용을 통해, 배양액으로 하여금 시스템 안에서 품질이 양호한 조류를 배양순환 하도록 한다. 또한, 온도제어유닛, 살수유닛 및 조명유닛을 더 설치할 수 있고, 조류 생장에 적합한 온도 환경 및 광원 밝기를 조절할 수 있음으로, 서로 다른 조류에 모두 적합한 생장 환경에 의거하여 온도 및 광원 또는 밝기를 변경할 수 있다.

Description

미세조류 광합성 시스템 및 방법{A process and a system for photosynthesis of alga micro-organisms}

본 발명은 광합성 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세조류를 배양하는데 이용되는 미세조류 광합성 시스템 및 방법에 관한 것이다.

남조류(스피룰리나,Spirulina) 또는 헤마토코쿠스(헤마토코쿠스 플루비알리스,Haematococcus Pluvialis Flotow) 등과 같은 조류는, 풍부한 단백질, 광물질, 비타민과 효소, 항산화제, 아스타잔틴 등 인체에 이로운 많은 종류의 영양 성분을 함유하고 있고, 최근에 들어 식용으로 널리 추천되고 있으며, 심지어 조류로부터 바이오 디젤을 추출하여 에너지원으로 사용하고 있다. 조류의 배양액은 광합성 시스템을 통해 광합작용을 충족시키고, 조류 세포가 필요로 하는 양분을 만족시키며, 배양액 중에 생겨나는 산소를 배출하고, 조류가 대량으로 생장 번식할 수 있도록 한다.

일반적으로 알려져 있는 조류 광합성 시스템은, 노천의 큰 배양지에서 이루어진다. 조류의 배양액은 이 노천의 큰 배양지 안에 수용되어, 광합작용이 일어난다. 그러나 이 배양지는 차지하는 면적이 클 뿐만 아니라, 에너지 소모량이 많고, 날씨의 영향을 받으며, 특히 오염이 되면 조류의 품질에도 영향을 끼쳐, 생산업자에게 많은 어려움을 준다.

잘 알려진 또 다른 조류 광합성 시스템은, 중국 특허 출원번호 CN95219504.6에 서술된 일종의 스피룰리나 광합성기와 같이, 반응탑과 평행한 두 줄의 입식 나선형 도관으로 이루어진다. 이 반응탑과 도관은 투광재질로 제작되어, 그 안에 유입된 배양액이 광합작용을 진행하기가 용이하다. 이 반응탑 내에 거품판과 냉열교환기 등의 장치가 설치되어, 배양액 중 생성되는 산소를 배출하고 배양액의 온도를 조절하는데 이용된다.

스피룰리나 광합성기는 주로 밀폐식 순환 시스템을 제공하여, 종래의 큰 배양지가 가지는 문제점들을 극복하고 있다. 그러나 스피룰리나 광합성기는 여전히 산소 배출이 어렵고, 배양액의 온도를 필요한 표준치로 제어하는데 어려움이 따르며, 반응탑의 청결유지가 쉽지 않아 광합작용의 효과를 떨어뜨리고 남조류의 품질 등에 영향을 끼치는 문제가 존재하며, 공업화 대량 생산에 적합하지 않다.

이러한 이유로, 본 발명인은 상기 문제점을 개선하고자, 여러 해에 걸친 다방면의 관련 경험에 의거하여, 세심한 관찰 연구 및 과학 원리와 배합하여 운용한 결과, 합리적 설계로 상기 문제점을 개선한 본 발명을 제공한다.

본 발명의 목적은, 미세조류 광합성 시스템 및 방법을 제공하여, 차지하는 면적을 줄이고, 에너지 소모량을 감소시키며, 날씨의 영향을 받지 않아 오염을 피할 수 있어 양호한 조류의 품질을 유지하고, 나아가 조류가 생성하는 산소를 순조롭게 배출하며, 빠른 속도로 대량 번식의 효과를 이루고, 원가를 절감하며, 제조 및 설치를 간단히 하는 목적을 이루는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 서로 일관되게 이어져 두 줄의 경사진 입체회전식 투명도관을 이루는 복수개의 직관 및 복수개의 굴곡관을 포함하는 광합성유닛 투명도관의 출구단에 연결되는 연결유닛, 연결유닛의 출구단에 연결되는 수집밸브모듈, 수집밸브모듈에 연결되는 가압수액유닛, 가압수액유닛의 출구단에 연결되는 수액연결관, 집액통에 연결되는 산소배출통을 포함하는 산소배출/집액 장치 및, 밀폐식이며 상기 집액통과 투명도관에 연결되는 연결관체를 포함하며, 산소배출통은 주입구, 배기구 및 중공관을 구비하되, 상기 배기구는 산소배출통의 정상부에 위치하고, 상기 중공관은 상기 배기구로부터 하측으로 연장되며, 상기 산소배출/집액 장치의 위쪽에서 바라보았을 때, 상기 주입구는 상기 산소배출통의 둘레에 배치되어 하나의 접점(tangent point)을 정의하고, 상기 수액연결관의 출구단은 상기 주입구에서 상기 접점에서의 접선에 대하여 직교하지 않는 각도로 연장되어 상기 산소배출통과 만나는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 미세조류 광합성 방법을 제공하며, 상기 미세조류 광합성 방법은 다음 단계를 포함한다:

(1) 서로 일관되게 이어져 두 줄의 경사진 입체회전식 투명도관을 이루는 복수개의 직관 및 복수개의 굴곡관, 투명도관의 출구단에 연결되는 연결유닛, 연결유닛의 출구단에 연결되는 수집밸브모듈, 수집밸브모듈의 출구단에 연결되는 가압수액유닛, 가압수액유닛의 출구단에 연결되는 수액연결관, 수액연결관의 출구단에 연결되는 산소배출/집액 장치, 산소배출/집액 장치와 투명도관을 연결하는 연결관체를 제공하는 단계;

(2) 미세조류의 배양액을 투명도관 내에 주입하고, 배양액이 위에서 아래로 순환되며 투명도관 내로 유동되어 광합작용을 진행하고 산소를 생성하며, 배양액이 또한 연결유닛, 수집밸브모듈 및 가압수액유닛으로 유동되는 단계;

(3) 가압수액유닛을 가동하여 강제로 배양액을 수액연결관을 통해 산소배출 빛 집액 장치로 유입되게 하고, 배양액이 산소배출/집액 장치가 구비하는 법선 및 접선 사이에 존재하는 협각을 따라 수액연결관의 출구단에서 산소배출/집액 장치 내로 유입되어, 배양액이 산소배출/집액 장치 내에 충돌하여 물보라가 회전하며 사방으로 분산되는 형태가 형성되면서 산소가 배출되도록 하는 단계;

(4) 배양액이 산소배출/집액 장치 내에 수집되어, 연결관체 내로 유입되도록 하는 단계;

(5) 배양액이 투명도관 내에 유입되어, 다시 광합작용을 진행하도록 하는 단계; 및

(6) 배양액이 투명도관 및 연결유닛으로 유입된 뒤, 수집밸브모듈로부터 흡수되도록 하는 단계.

본 발명의 효과는 다음과 같다:

광합성유닛, 연결유닛, 가압수액유닛, 수액연결관, 산소배출/집액 장치, 연결관체로 조합 형성되고 그 안에 주입된 배양액으로 하여금 수직을 이루는 여러 줄의 입체도관의 밀폐 순환방식으로 미세조류의 배양을 진행할 수 있도록 함으로써, 차지하는 면적을 줄이고 에너지 사용을 감소시킬 수 있으며 반 밀폐된 공간에서 배양을 진행할 수 있어 진행 중 날씨의 영향을 받지 않고, 오염을 피할 수 있어 조류의 우수한 품질을 유지할 수 있다.

다음으로, 수액연결관의 입구단은 산소배출/집액 장치의 법선 및 접선 사이에 존재하는 협각을 따라 주입구에 연결되고, 서로 다른 조류의 요구에 맞춰 적합한 협각을 설계할 수 있으며, 분사방식으로 이루어는 회전 물보라 형성 시 발생하는 절삭력이 심하여, 조류의 발육에 영향을 끼치거나 사망에까지 이르게 하는 상황을 피할 수 있다.

또한, 주입구, 배기구 및 중공관의 배치로, 배양액 중 생성되는 산소가 쉽게 배출되도록 함으로써 생산 효율을 향상시킨다.

또한, 본 발명의 특색에 의거하여, 더 나아가 살수유닛을 설치하고, 투명도관과 가압수액유닛 사이에 온도제어유닛을 설치할 수 있으며, 온도조절로 배양액의 온도를 조류를 배양하는데 적합한 범위로 유지 할 수 있고, 투명도관의 임의의 일방 또는 양방에 조명유닛을 더 설치하여, 밝기 또는 광원을 적합하게 조절할 수 있다. 그 밖에, 집액통 및 연결관체 사이에 연결도관을 설치하고, 개폐밸브모듈을 장착하여, 세척 시 시스템 중의 배양액을 배출하여 세척하기 편리하도록 하고, 또는 모아주는 입구로 이용된다.

도 1은 본 발명 제 1 실시예의 설명도이다.
도 2는 본 발명 수액연결관과 산소배출통의 단면도이다.
도 2a는 본 발명 수액연결관과 산소배출통의 단면도이다.
도 2b는 본 발명 수액연결관과 산소배출통의 단면도이다.
도 2c는 본 발명 수액연결관과 산소배출통의 단면도이다.
도 3은 본 발명 제 2 실시예의 설명도이다.
도 4은 본 발명 제 3 실시예의 설명도이다.
도 5는 본 발명 수액연결관과 산소배출통의 또 다른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 단계적 순서도이다.

본 발명의 특징 및 기술 내용을 더 이해하기 쉽도록, 이하 본 발명과 관련된 상세설명 및 도면을 참고하도록 하나, 첨부도면은 참고 설명 용도일 뿐이며 본 발명을 제한하는 용도로 사용되지 않는다.

먼저, 도 1을 참고하면, 본 발명은 미세조류 광합성 시스템 및 방법을 제공하며, 미세조류(예: 남조류, 헤마토구균 등)를 배양하는데 이용되며, 그 중, 반응 시스템은 광합성유닛(1), 연결유닛(2), 수집밸브유닛(3), 가압수액유닛(4), 수액연결관(5), 산소배출/집액 장치(6), 연결관체(7)를 포함한다.

광합성유닛(1)은 유리 등 투명 재질로 제작된 투명도관이고, 미세조류의 배양액을 그 내부로 유동시키는데 이용되며, 복수개의 직관(11) 및 복수개의 굴곡관(12)을 포함하고, 직관(11)과 굴곡관(12)들 간에 서로 일관되게 이어져 두 줄의 경사진 입체회전식 투명도관을 이룬다. 그 중, 광합성 유닛(1)은 투명도관의 최상단부에 위치한 보조입구(13)를 더 구비한다.

연결유닛(2)의 입구단은 투명도관의 출구단에 연결되고, 본 발명의 구체적인 실시예 중, 도 1에 도시한 바와 같이 연결유닛(2)은 상측 입구(221)의 저장소(22) 및 유관(23)을 구비하고, 저장소(22)의 외형은 제한 없이 투명 또는 비투명 재료로 제조되며, 입구(221)는 투명도관의 출구단에 대응하는데 이용되고, 유관(23)은 저장소(22)의 출구단 및 수집밸브모듈(3)의 입구단을 연결하는데 이용된다. 또한, 광합성유닛(1)은 공기공급장치(24)를 더 포함하고, 예를 들어 펌프와 통기관의 조합을 보면, 기체(예: CO₂, O₂, N₂ 등의 기체를 포함한 공기)를 저장소(22) 중에 넣고, 저장소(22) 중의 배양액에 대응하여 나타나는 효과로, 조류 응집 및 조류 사망, 조류가 과도하게 벽에 붙는 문제를 피할 수 있으며, 나아가 조류 번식의 속도를 증가시킨다.

수집밸브모듈(3)은 상기 연결유닛(2)의 출구단에 연결되고, 투명도관 내에 유동되는 배양액을 흡수하는데 이용된다.

가압수액유닛(4)은 가압수액펌프이고, 당연히 동일한 기능을 가진 장치를 대신하여 사용되며, 가압수액유닛(4)은 상기 수집밸브모듈(3)의 출구단과 연결되고, 가압수액유닛(4)의 입구단이 수집밸브모듈(3)의 출구단에 직접 연결되도록 할 수 있다.

수액연결관(5)의 입구단은 상기 수집밸브모듈(3)의 출구단에 연결된다.

산소배출/집액 장치(6)는 상하가 서로 조합 연결된 산소배출통(61)과 집액통(62)을 포함하고, 산소배출통(61)은 스테인리스강 등의 재질로 제조되며, 집액통(62)은 유리 또는 아크릴 등의 투명 재질로 제조되고, 또한 스테인리스강 등의 불투명 재질로 제조될 수도 있다. 산소배출통(61)은 주입구(63)를 구비하고, 서로 다른 조류의 종류에 따라 산소배출통(61)의 상단부에 설치될 수 있으며, 주입구(63)는 상기 수액연결관(5)의 출구단과 서로 연결되는데 이용되고 혹은 주입구(63)를 산소배출통(61)의 하단부(도 4에 도시한 바와 같음)에 설치할 수 있으나, 비교적 적합하게 산소배출통(61)의 상단부에 설치하는 것이 좋다.

산소배출통(61)의 상단부에 배기구(611)와 중공관(612)이 설치되고, 배기구(611)는 산소배출통(61)의 정상부에 위치하며, 중공관(612)은 배기구(611)에서 하측으로 연장되어 주입구(63)의 내측에 위치한다. 또한, 산소배출통(61)의 중단부에 긴축부(613)가 설치되고, 더 나아가 긴축부(613)의 하측에 위치한 측면배기구(614)를 더 설치하며 산소배출통(61) 내에 중공의 배기관(615)을 조합 연결하여 더 설치하고, 배기구(611)에서 하측으로 연장되어, 배기관(615)의 상단부가 중공관(612) 내를 통과하여 설치되어 있다. 그 중, 중공관(612)의 하단부는 더 나아가 확장부(616)를 형성하고, 그 외형은 서로 다른 조류 종류에 의거하여 변경되며, 서로 다른 조류 종류의 배양 조건이 달라, 확장부(616)를 형성하지 않을 수도 있다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 서로 다른 조류 종류의 배양조건으로 인해, 상기 산소배출/집액 장치(6)의 위쪽에서 바라보았을 때, 상기 주입구(63)는 상기 산소배출통(61)의 둘레에 배치되어 하나의 접점(tangent point)을 정의하면, 상기 접점에서의 접선(B)과 상기 접선(B)과 직교하는 법선(A)이 정의된다.
상기 법선(A)에 대한 수액연결관(5)의 출구단 사이의 협각(θ)은 0 내지 90도 사이에 있을 수 있으며, 바람직하게는 협각(θ)이 90 내지 10도 사이가 되도록 하는 것이 좋다.
즉, 상기 수액연결관(5)의 출구단은 상기 주입구(63)에서 상기 접점에서의 접선(B)에 대하여 직교하지 않는 각도로 연장되어 상기 산소배출통(61)과 만나는 것이 좋다.

연결관체(7)의 일단은 상기 집액통(62)에 연결되고, 타단은 광합성유닛(투명도관)(1)에 연결되며 연결관체(7)는 직립식 확장관(71)(도 1에 도시한 바와 같음)으로 상기 집액통(62) 및 투명도관에 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예 중, 나아가 온도제어유닛(8), 연결도관(9), 살수유닛(10a) 및 적어도 하나의 조명유닛(10b)을 더 포함하고 그 중 온도제어유닛(8)은 투명도관의 출구단과 수집밸브모듈(3)의 입구단 사이에 설치되며, 도 1에 도시한 바와 같이, 온도제어유닛(8)은 연결유닛(2)의 출구단 및 수집밸브모듈(3)의 입구단 사이에 설치되고, 온도제어유닛(8)은 복수개의 온도증감관(81), 입구전환부(82) 및 출구전환부(83)를 포함하고, 각 온도증감관(81)은 입구전환부(82)와 출구전환부(83)를 통해 각각 연결유닛(2)의 출구단 및 수집밸브모듈(3)의 입구단 사이에 연결된다.

온도제어유닛(8)은 수동 또는 자동 감지 방식으로, 온도제어유닛(8) 내의 물에 열을 가하고, 물의 열온이 각 온도증감관(81)으로 전달되도록 하며, 온도제어유닛(8)을 통과하는 배양액의 온도를 조절하는데 이용되고 또는 직접 온도제어유닛(8) 내에 냉수를 가하여, 배양액의 온도를 낮출 수 있으며 온도제어유닛(8)은 수동 또는 자동 감지 방식으로, 온도제어유닛(8) 내의 수온을 낮출 수 있다.

연결도관(9)의 양단은 상기 집액통(62) 저부의 출구단과 연결관체(7) 저부의 입구단에 연결되고, 연결도관(9)은 개폐밸브모듈(91)을 구비한다.

살수유닛(10a)은 광합성유닛(1)의 상측에 위치하고, 작업 환경의 요구에 의거하여 수동 또는 자동 감지 방식으로, 정해진 시간에 정해진 온도로 살수를 진행하도록 하며, 투명도관 내의 배양액 온도를 낮춘다.

조명유닛(10b)은 형광등 또는 임의의 알려진 광원(예를 들어 LED 등)일 수 있고, 그 수량은 실제 요구에 의거하여 설치되며, 광합성유닛(1)의 임의의 일측 또는 양측 등, 예를 들어 상하 또는 좌우측 등에 설치되고, 조명유닛(10b)의 광원은 백광, 홍광 또는 청광 등을 선택하는 것이 적합하며, 조명유닛(10b)은 투명도관을 조사해서 적합한 밝기 또는 광원을 조절하여 제공할 수 있어, 서로 다른 조류 종류의 적합한 생장 환경에 의거하여 광원 또는 밝기를 조절하고, 생산량을 증가시키며 원가를 절감하는데 이용된다.

본 발명의 광합성 시스템을 사용할 시, 투명도관의 보조입구(13)로 미세조류의 배양액(미세조류의 종류 및 미세배양조류의 배양액을 포함한, 이하 배양액을 총칭함)을 투명도관 내에 주입하여, 배양액이 투명도관 내에 유동되며 광합작용을 진행하고 산소를 발행시키며, 조명유닛(10b)의 광원을 통해 조류에 적합한 생장환경에 의거하여 광원 또는 밝기를 조절하고, 배양액을 연결유닛(2)에 유동시킨 뒤, 다시 온도제어유닛(8), 수집밸브모듈(3), 가압수액유닛(4)으로 유동시킨다. 그 중, 온도제어유닛(8)을 제한 없이 수집밸브모듈(3)과 연결유닛(2) 사이에 설치할 수 있고, 기타 보기 편하거나 필요로 하는 적합한 위치에 설치할 수도 있어, 온도 증감의 목적에 다다를 수 있다.

그 중, 연결유닛(2)이 저장소(22)로 이용될 시, 배양액을 대량으로 보존 및 수집할 수 있어 생산량을 증가시키고 온도제어유닛(8) 설치 시, 연결유닛(2)에서 수집밸브모듈(3)로 유동되는 배양액의 온도를 제어할 수 있다.

배양액이 가압수액유닛(4)으로 유동될 시, 가압수액유닛(4)을 가동시켜 강제로 수액연결관(5)을 통해 연결유닛(2), 수집밸브모듈(3)에서 산소배출/집액 장치(6)로 유입시키고 이 때, 주입구(63)가 산소배출통(61)의 상단부에 설치될 시, 배양액은 수액연결관(5)의 출구단과 산소배출통(61)의 주입구(63) 간의 협각(θ)을 따라, 주입구(63)에서 분사방식으로 산소배출통(61) 내부로 진입하고, 배양액은 먼저 산소배출통(61) 내부에 충돌하여 회전물보라를 형성하면서 배양액의 산소가 배기구(611)로 배출되기 쉽도록 한다.

이어서, 배양액은 긴축부(613)로 떨어진 뒤 배기관(615)의 확장부(616)에 충돌하여 사방으로 확산되는 형태를 형성하며 산소가 측면배기구(614)에서 배출되기 쉽도록 하나 배양액이 대량의 산소를 배출할 필요가 없을 시, 측면배기구(614) 및 확장부(616) 등을 설치할 필요가 없다.

마지막으로, 배양액은 집액통(62) 내에 떨어져서 수집되고, 공기가 배기관(615)의 상단부에서 배출되도록 한다. 이와 같이, 대부분의 산소가 배출되어 배양액의 광합작용 효과를 향상시킨다.

또한 배양액의 산소배출통(61) 통과 시, 이미 포화된 산소 함유 액체가 생성되어, 다시 광합작용을 진행하기 쉽지 않으므로, 산소배출통(61)은 스테인리스강 등의 불투명 재료로 제조되어야 하고 또한 배양액이 집액통(62)에 수집될 시, 이미 대부분의 산소가 배출되어, 계속해서 다시 광합작용을 진행할 필요가 없으므로, 집액통(62)은 유리 등의 투명 재료로 제조되거나, 스테인리스강 등의 불투명 재료로 제조될 수 있고, 광합작용을 진행하지 않는다.

그 중, 제시할 가치가 있는 부분은, 도 2에 도시한 바와 같이 수액연결관(5)의 출구단이 상기 협각(θ)을 따라 주입구(63)로 연결되고, 서로 다른 조류의 종류에 따라 설계되는데, 배양액이 산소배출통(61) 내로 진입 시, 분사방식으로 물보라가 회전하며 사방으로 분산되는 형태가 형성되면서 절삭력이 생성되고, 절삭력이 과도하여 조류의 발육에 영향을 끼치거나 사망에까지 이를 수 있으므로, 수액연결관(5)의 출구단은 적합한 각도를 선택하여 주입구(63)에 연결되며, 배양액이 산소배출통(61)으로 분사되어 들어갈 시 생성되는 절삭력의 크기를 조절할 수 있다.

또한 도 2a에 도시한 바와 같이 협각(θ1)을 90도로, 도 2b에 도시한 바와 같이 협각(θ2)을 45도로, 도 2c에 도시한 바와 같이 협각(θ3)을 0도로 설계할 수 있어, 조류의 종류에 따라 조절할 수 있다는 점이다.

더 나아가, 조류류의 남조류 생산 시, 수액연결관(5)의 출구단은 접선(B)과 평행한 각도로 주입구(63)에 연결되고 조류류의 헤마토구균 생산 시, 편모를 구비하고 있기 때문에, 만약 절삭력이 과도하면 편모가 절단되어 발육에 영향을 끼치거나 사망에까지 이를 수 있는데, 수액연결관(5)의 출구단을 90도의 각도보다 작게 조절할 수 있기 때문에, 접선(B)과 평행하지 않을 수 있고, 배양액의 산소배출통(61) 진입 시 발생하는 물보라 회전의 절삭력을 감소시킬 수 있어, 헤마토구균의 편모파열을 피할 수 있는 효과가 있다.

다음으로, 배양액이 집액통(62)에서 유출되어 연결도관(9)을 통해 연결관체(7)에 연결될 시, 개폐밸브모듈(91)이 먼저 잠깐 열리는데, 비교적 무거운 침적물을 제거하고, 배양액의 샘플 테스트를 할 수 있으며, 수집구로 이용될 수 있다.

또한, 집액통(62)으로 배양액의 액위 고도를 수집하고, 높이를 광합성유닛(1)의 투명도관의 최상층으로 하여, 위치에너지의 차이를 이용하여 압력을 생성시키고, 배양액이 연결관체(7)를 통해 투명도관 내로 자동 유입되도록 하며, 배양액이 재차 연결유닛(2), 가압수액유닛(4) 등을 향해 유동되도록 한다.

이렇게, 배양액은 본 발명 광합성 시스템 중 반복순환으로 조류를 점진적 번식시키고, 배양액을 기다리는 미세조류 함량이 수집 가능한 정도에 도달했을 때, 수집밸브모듈(3)을 가동하여 저장소(22)의 연결유닛(2) 내로 수집하거나, 개폐밸브모듈(91)을 가동하여 수집할 수 있어, 필요에 따라 편리하게 조절할 수 있다.

또한, 배양 과정 중, 배양액이 연결도관(9)을 통해 연결관체(7)로 유입 시, 연결관체(7)는 확장관(71)으로 이용되므로, 배양액의 유속은 대폭 경감되어, 배양액이 확장관(71)에서 투명도관으로 유입되는 시간이 비교적 길어지게 되고, 배양액 중의 미세조류로 하여금 충분한 시간에 연결관체(7)에서 생리활성을 조절할 수 있도록 한다.

따라서, 가압수액유닛(4)와 산소배출/집액 장치(6)의 작용으로 초래되는 생리활성의 상해를 제거할 수 있어, 최적의 생리활성 상태에서 투명도관으로 진입하도록 하고, 최적의 품질을 가진 조류를 수집할 수 있도록 하며 그 중, 연결관체(7)는 밀폐식 도관이다.

그러나 연결관체(7)의 목적 중 하나는 미세조류가 연결관체(7)에서 생리활성을 조절하도록 하는 것이므로, 생리활성조절에 소요되는 시간이 짧은 미세조류는, 직립형태의 연결관체(7)를 이용하여 미세조류가 투명도관으로 신속히 유입되어 배양순환을 진행하도록 하고, 생리활성조절에 소요되는 시간이 비교적 긴 미세조류는, 확장관(71)의 연결관체(7)를 사용하여 배양액의 연결관체(7)에서의 유속을 경감시켜, 미세조류가 충분한 시간을 갖고 생리활성을 조절할 수 있도록 한다.

도 3을 참고하면, 실시예 중 온도제어유닛(8)이 설치되는 위치가 다를 수 있는데, 온도제어유닛(8)을 저장소(22) 타입의 연결유닛(2) 내부 또는 저장소(22) 외의 적합한 위치에 설치할 수 있으며, 거기서 배양액의 온도를 제어할 수 있다.

이상 설명에 따라, 실질적 요구에 의거하여 온도제어유닛(8)을 투명도관의 출구단과 수집밸브모듈(3)의 입구단 사이에 설치할 수 있고, 배양액의 온도조절을 진행할 수 있다.

또한, 도 4를 참고하면, 특수 조류의 요구에 초점을 맞춰, 헤마토구균을 예로 들면, 배양액이 산소배출통(61) 내로 진입할 시, 분사방식으로 회전 물보라가 사방으로 분산되며 형성되는 절삭력이 과도하게 커서, 조류의 발육에 영향을 끼치거나 사망에 이르게 할 수 있는 점을 피하기 위해, 본 실시예 중, 상기 주입구(63)를 산소배출통(61) 하단부에 설치하고, 확장부(616)를 상측에 위치시킨다.

배양액이 주입구(63)에서 산소배출통(61) 내로 진입할 시, 주입구(63)의 높이가 내려가서, 배양액의 회전 물보라 생성시간을 상대적으로 감소시켜, 배양액으로 하여금 직접 확장부(616)로 떨어진 뒤 다시 집액통(62) 내로 떨어지도록 한다.

그러므로, 주입구(63)를 산소배출통(61) 하단부에 설치하고, 수액연결관(5)의 출구단이 접선(B)과 법선(A) 사이에 존재하는 협각(θ)을 따라 주입구(63)로 연결되는 설계로, 이렇게 절삭력이 과도해서 생리작용에 상해를 입혀, 조류의 발육에 영향을 끼치거나 사망에 이르게 하고 나아가 생산량에 영향을 주는 점을 피할 수 있다.

도 5에 도시한 바를 다시 조합하여 참고하면, 실시예 중, 수액연결관(5)의 출구단의 안쪽에 직경이 좁아지는 초크(51)가 형성되고, 배양액이 가압수액유닛(4)의 압력으로 초크(51)로 유동될 시, 배양액을 비교적 높은 분사방식으로 산소배출통(61) 내부로 진입시키고, 배기관(615)에 충돌할 때, 부분 산소가 배출되며, 충돌 후 회전 물보라가 형성되어 떨어질 때까지 기다릴 필요가 없어, 이렇게 대폭으로 산소배출량이 증가된다. 그러나, 본 실시예는 헤마토구균에 비교적 적합하게 사용되지는 않는다.

이렇게, 도 1, 도 2 및 도 6에 도시한 바를 참고하면, 본 발명 미세조류 광합성 방법은 하기 단계를 포함한다:

(1) 서로 일관되게 이어져 두 줄의 경사진 입체회전식 투명도관을 이루는 복수개의 직관(11) 및 복수개의 굴곡관(12), 투명도관의 출구단에 연결되는 연결유닛(2), 연결유닛(2)의 출구단에 연결되는 수집밸브모듈(3), 수집밸브모듈에 연결되는 가압수액유닛(4), 가압수액유닛(4)의 출구단에 연결되는 수액연결관(5), 수액연결관(5)의 출구단에 연결되는 산소배출/집액 장치(6), 산소배출/집액 장치(6)와 투명도관을 연결하는 연결관체(7)를 제공하는 단계;

(2) 미세조류의 배양액을 투명도관 내에 주입하고, 배양액이 순환되는 방식으로 위에서 아래로 투명도관 내를 유동하며 광합작용을 진행하며, 배양액이 충분히 광선을 흡수하여 광합작용을 진행하도록 하고, 배양액이 또한 연결유닛(2), 수집밸브모듈(3) 및 가압수액유닛(4)으로 유동되도록 하는 단계;

(3) 가압수액유닛(4)을 가동하여 강제로 배양액을 수액연결관(5)에서 산소배출/집액 장치(6)로 유동시키고, 배양액은 산소배출/집액 장치(6)가 구비하는 법선(A) 및 접선(B) 사이에 존재하는 협각(θ)을 따라 수액연결관(5)의 출구단에서 산소배출/집액 장치(6) 내로 유입되며, 배양액을 산소배출/집액 장치(6) 내에충돌시켜 물보라가 회전하며 사방으로 분산되는 형태가 형성되면서 산소가 배출되도록 하는 단계;

(4) 배양액이 산소배출/집액 장치(6) 내에 수집되고, 또한 연결관체(7) 내로 유입되도록 하는 단계;

(5) 배양액이 투명도관 내에 유입되어, 다시 광합작용을 진행되도록 하는 단계; 및

(6) 배양액이 다시 투명도관 및 연결유닛(2)으로 유입된 뒤, 수집밸브모듈(3)로 흡수되도록 하는 단계.

여기서, 단계(3)의 협각(θ)은 수액연결관(5)의 출구단이 접선(B)을 따라 법선(A)으로 가는 0 내지 80도 사이이다.

그 중, 단계(6)의 연결유닛(2)은 저장소(22)를 구비하고, 배양액은 저장소(22) 내로 유입되며, 저장소(22)는 배양액을 흡수한다. 또한 공기공급장치(24)는 기체(CO₂, O₂, N₂ 등의 기체를 포함한 공기)를 보조구(22) 중에 넣고, 보조구(22) 중의 배양액에 대응하여 나타나는 효과로, 조류 응집 및 조류 사망, 조류가 과도하게 벽에 붙는 문제를 피할 수 있으며, 나아가 조류 번식의 속도를 증가시킨다.

또한, 단계(2)는 나아가 온도제어유닛(8)을 더 제공하고, 온도제어유닛(8)으로 유입된 뒤 다시 가압수액유닛(4)으로 유입되는 배양액의 온도 증감을 조절한다.

또한, 단계(2) 및 단계(5)는 나아가 조명유닛(10b)을 더 제공하고, 조명유닛(10b)은 조류의 생장환경에 의거하여 투명도관 내의 배양액을 조사하는데 적합한 밝기 또는 광원을 제공하고, 생산량을 증가시킨다.

또한, 단계(2) 및 단계(5)는 살수유닛(10a)을 더 제공하고, 살수유닛(10a)은 작업환경의 요구에 의거하여 투명도관을 살수하여, 투명도관 내의 배양액의 온도를 경감시킨다.

상기 설명을 종합하여, 본 발명 미세조류 광합성 시스템 빛 방법을 보면, 아래의 특징을 갖는다.

1. 광합성유닛(1), 연결유닛(2), 가압수액유닛(4), 수액연결관(5), 산소배출/집액 장치(6), 연결관체(7)로 조성되고, 그 안에 주입된 배양액이 여러 줄의 수직 입체도관을 나타내며 밀폐 순환으로 광합작용과 산소배출을 진행하도록 함으로써, 차지하는 면적을 줄이고, 에너지 사용을 절감시키며, 날씨의 영향을 받지 않고, 반밀폐 공간에서 배양이(온실 등과 같음) 가능하며, 오염을 피할 수 있어 우수한 조류 품질을 유지할 수 있고, 특히 조장소(22)가 연결유닛(2)일 때, 사용 시 생산량 및 효율을 대폭 향샹시킨다.

2. 수액연결관(5)의 입구단이 산소배출/집액장치(6)의 법선(A) 및 접선(B) 사이에 존재하는 협각(θ)을 따라 주입구(63)에 연결되고, 이렇게 서로 다른 조류 요구에 초점을 맞춰 적합한 협각(θ)을 설계할 수 있으며, 분사방식으로 회전 물보라 형성 시 생성되는 절삭력이 과도하여, 조류의 발육에 영향을 끼치거나 사망에 이르게 하는 점을 피할 수 있다.

3. 주입구(63), 배기구(611)와 중공관(612)을 배치하고, 배기관(615)과 긴축부(613)를 배치하여, 산소배출의 효과가 크도록 하고, 배양액 중에 생성되는 산소가 신속하게 배출되도록 하여, 생산효율을 향상시키고, 공업화의 대량 생산에 이로움을 준다.

4. 산소배출통(61)과 집액통(62)을 서로 조합하여 산소배출/집액 장치(6)를 형성하고, 제조 및 조립방법이 간단하고 쉽게 손상되지 않도록 하며, 원가를 절감시킨다.

5. 산소배출통(61)과 집액통(62)의 조합 연결 및 투명도관의 설계로, 청결유지를 쉽게 할 수 있도록 하여, 광합작용의 효과와 조류의 품질을 보장한다.

6. 온도제어유닛(8), 살수유닛(10a)와 조명유닛(10b)의 배치로, 서로 다른 지역, 계절, 기후 또는 배양액의 요구에 의거하여 온도를 적합하게 조절하고, 효과적으로 배양액의 온도 및 밝기 또는 광원을 조절하도록 한다.

그러나, 상기와 같이 제시되는 도면과 설명은 본 발명의 실시예 일 뿐이며, 일반적인 기술자들이 상기 설명에 의거하여 임의의 변경을 할 수 있으나, 변경내용은 본 발명의 발명정신 및 이하 특허청구범위 중에 속해야만 한다.

광합성유닛: 1 직관: 11
굴곡관: 12 보조입구: 13
연결유닛: 2 연결관: 21
저장소: 22 입구: 221
유관: 23 수집밸브모듈: 3
가압수액유닛: 4 수액연결관: 5
초크:51 산소배출/집액 장치: 6
산소배출통: 61 배기구: 611
중공관:612 긴축부: 613
측면배기구:614 배기관:615
확장부: 616 집액통: 62
주입구:63 연결관체:7
확장관: 71 횡방향 유관: 73
온도제어유닛: 8 온도증감관: 81
입구전환부:82 출구전환부: 83
연결도관: 9 개폐밸브모듈: 91
살수유닛: 10a 조명유닛: 10b
연접관: 110a 법선: A
접선: B 협각: θ1, θ2, θ3

Claims

서로 일관되게 이어져 적어도 두 줄의 경사진 입체회전식 투명도관을 이루는 복수개의 직관(11) 및 복수개의 굴곡관(12)을 포함하는 광합성유닛(1);
상기 투명도관의 출구단에 연결되는 연결유닛(2);
상기 연결유닛(2)의 출구단에 연결되는 수집밸브모듈(3);
상기 수집밸브모듈(3)에 연결되는 가압수액유닛(4);
상기 가압수액유닛(4)의 출구단에 연결되는 수액연결관(5);
집액통(62)에 연결되는 산소배출통(61)을 포함하는 산소배출/집액 장치(6); 및,
밀폐식으로서 상기 집액통(62)과 투명도관에 연결되는 연결관체(7)를 포함하며,
산소배출통(61)은 주입구(63), 배기구(611) 및 중공관(612)을 구비하되, 상기 배기구는(611)는 산소배출통(61)의 정상부에 위치하고, 상기 중공관(612)은 상기 배기구(611)로부터 하측으로 연장되며,
상기 산소배출/집액 장치(6)의 위쪽에서 바라보았을 때, 상기 주입구(63)는 상기 산소배출통(61)의 둘레에 배치되어 하나의 접점(tangent point)을 정의하고, 상기 수액연결관(5)의 출구단은 상기 주입구(63)에서 상기 접점에서의 접선에 대하여 직교하지 않는 각도로 연장되어 상기 산소배출통(61)과 만나는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
투명도관의 최상단부에 보조입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
기체를 저장소 중으로 보내는 공기공급장치를 더 포함하고, 그 중 연결유닛은 입구의 저장소 및 유관을 포함하며, 입구는 투명도관의 출구단에 대응하고, 유관은 저장소의 출구단 및 수집밸브모듈의 입구단에 연결되는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
접선에 대하여 직교하는 법선으로부터 수액연결관 까지의 협각은 90 내지 10도 사이인 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 4 항에 있어서,
수액연결관의 협각이 접선과 평행할 시, 수액연결관의 출구단의 안쪽에 직경이 좁아지는 초크가 형성되는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
산소배출/집액 장치의 주입구는 집액통의 상단부 또는 하단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
산소배출/집액 장치의 산소배출통 내부에 배기관을 더 설치하고, 배기관은 배기구에서 하측으로 연장되며, 배기관의 상단부는 중공관 내를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 7 항에 있어서,
배기관의 하단부는 확장부를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 7 항에 있어서,
산소배출통의 중단부에 긴축부가 설치되고, 산소배출통에는 긴축부의 하측에 위치하는 측면배기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
연결관체는 직립식 확장관으로 집액통 및 투명도관에 연결되는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
투명도관의 출구단 및 수집밸브모듈의 입구단 사이에 설치되는 온도제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
양단이 집액통 저부의 출구단 및 연결관체 저부의 입구단에 연결되고, 개폐밸브모듈을 구비하는 연결도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
광합성유닛의 상측에 위치하는 살수유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
제 1 항에 있어서,
광합성유닛의 일측에 설치되는 적어도 하나의 조명유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 시스템.
(1) 서로 일관되게 이어져 두 줄의 경사진 입체회전식 투명도관을 이루는 복수개의 직관 및 복수개의 굴곡관, 투명도관의 출구단에 연결되는 연결유닛, 연결유닛의 출구단에 연결되는 수집밸브모듈, 수집밸브모듈에 연결되는 가압수액유닛, 가압수액유닛의 출구단에 연결되는 수액연결관, 수액연결관의 출구단에 연결되는 산소배출/집액 장치, 산소배출/집액 장치와 투명도관을 연결하는 연결관체를 제공하는 단계;
(2) 미세조류의 배양액을 투명도관 내에 주입하고, 배양액이 위에서 아래로 순환되며 투명도관 내로 유동되어 광합작용을 진행하고 산소를 생성하며, 배양액이 또한 연결유닛, 수집밸브모듈 및 가압수액유닛으로 유동되도록 하는 단계;
(3) 가압수액유닛을 가동하여 강제로 배양액을 수액연결관을 통해 산소배출 빛 집액 장치로 유입되게 하고, 배양액이 산소배출/집액 장치의 법선 및 접선 사이에 존재하는 협각을 따라 수액연결관의 출구단에서 산소배출/집액 장치 내로 유입되어, 배양액이 산소배출/집액 장치 내에 충돌하여 물보라가 회전하며 사방으로 분산되는 형태가 형성되면서 산소가 배출되도록 하는 단계;
(4) 배양액이 산소배출/집액 장치 내에 수집되어, 연결관체 내로 유입되도록 하는 단계;
(5) 배양액이 투명도관 내에 유입되어, 다시 광합작용을 진행하도록 하는 단계; 및
(6) 배양액이 투명도관 및 연결유닛으로 유입된 뒤, 수집밸브모듈로부터 흡수되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 단계(2)는 온도제어유닛을 더 제공하고, 배양액이 온도제어유닛으로 유입된 뒤, 다시 가압수액유닛으로 유동되어, 배양액의 온도 증감을 조절하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 단계(2) 및 단계(5)는 조명유닛을 더 제공하고, 투명도관 내의 배양액을 조사하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 단계(2) 및 단계(5)는 살수유닛을 더 제공하고, 투명도관 상을 살수하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 단계(3)의 협각은 수액연결관 출구단의 법선으로부터 접선을 향해 90 내지 10도 사이인 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 단계(6)의 연결유닛은 저장소를 구비하고, 배양액은 저장소 내로 유입되며, 저장소에서 배양액을 흡수하고, 상기 단계(6)는 공기공급장치를 이용하여 기체를 저장소 중으로 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류 광합성 방법.