KR101843935B1 - 광합성생물 배양을 위한 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체 - Google Patents

광합성생물 배양을 위한 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물, 해조류 등 광합성작용을 수행하는 광합성생물을 배양을 위하여 설치되는 광합성생물 배양을 위한 배양시스템, 그에 사용되는 배관조립체, 및 그에 사용되는 배양기체공급조립체에 관한 것이다.
본 발명은, 광합성 작용을 하는 광합성생물 및 물을 포함하는 배양액이 담기며 배양액의 유입구(12) 및 배출구(11)를 가지는 저장조(10)의 상기 유입구(12) 및 상기 배출구(11)와 연결되어 배양액을 공급받아 순환시키면서 광합성생물이 광합성 작용을 가능케 하는 배양부(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광합성생물 배양시스템에 있어서, 상기 배양부(20)는, 배양액이 수평으로 흐르는 하나 이상의 하부배관부(50)와; 상기 하부배관부(50)에 대응되어 상측으로 간격을 두고 설치되며 배양액이 수평으로 흐르는 하나 이상의 상부배관부(60)와; 상기 하부배관부(50)와 상부배관부(60)를 연결하여 하부배관부(50)로부터 상부배관부(60)로 배양액이 흐르거나, 상부배관부(60)로부터 하부배관부(50)로 배양액이 흐르도록 하는 복수의 투명수직배양관(30)을 포함하며, 상기 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치되어 이산화탄소 및 공기 중 적어도 하나를 포함하는 배양기체를 공급하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체를 개시한다.

Description

광합성생물 배양을 위한 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체 {Cultivation system for photosynthesis organism, pipe assembly for the cultivation system, and cultivation gas supplying assembly}
본 발명은 미생물, 해조류 등 광합성작용을 수행하는 광합성생물을 배양을 위하여 설치되는 광합성생물 배양을 위한 배양시스템, 그에 사용되는 배관조립체, 및 그에 사용되는 배양기체공급조립체에 관한 것이다.
현재, 전 세계적으로 경작되고 있는 농작물류는 인류의 주요한 식량공급원으로 사용되어 왔으나, 농지 면적당 수확량이 많지 않고 태양 에너지의 이용률이 극히 낮다.
이에 비해서, 수중에서 태양 에너지와 이산화탄소, 소량 함유된 무기염류로 생육할 수 있는 미세 광합성 조류는 농작물의 생육이 불가능한 지역에서도 생육이 가능하고, 농작물과 비교하여 단위 경작면적당 20배 이상의 단백질을 얻을 수 있을 뿐만아니라, 다양한 종류의 유용물질과 미생물 혹은 동, 식물 세포로부터 생산이 불가능한 천연의 희귀물질의 생산이 가능하다.
특히, 세포의 크기가 큰 조류는 쉽게 침전되어 다양한 방법에 의하여 추출 및 분리하는 것이 가능하고, 주에너지원으로 태양 에너지를 사용함으로써 지구상에 조사되는 태양에너지의 효율적이 이용이 가능하며, 탄소원으로 이산화탄소를 사용하고 부산물로 산소를 방출하는 광합성 과정을 갖고 있어 대기오염을 낮추는 기능도 가지고 있다.
그 중에서도, 주로 클로렐라(Chlorella) 속, 두날리엘라(Dunaliella) 속, 스피루리나(Spirulina) 속, 이중에서도, 스피루리나 속(Spirulina sp.)의 미세 광합성 조류(이하, 편의상 '스피루리나'라 함)는 다른 미세광합성 조류에 비해 세포의 크기가 크고, 알칼리 오염성 환경에서도 쉽게 성장할 수 있는 조류로서, 식품, 의약, 공업용 제품 등의 다양한 제품에 응용되고 있어, 연구가 활발히 진행되고 있다.
그리고 스피루리나 등 미세광합성 조류는, 물고기, 굴, 해조류 등의 양식장에서 양식 대상물의 영양분으로 활용되고 있다.
더 나아가 스피루리나 등 미세광합성 조류는, 해양 수산물은 물론 식용 새싹 등 농작물 재배를 위한 영양분으로도 활용되고 있다.
이렇게 유용한 스피루리나 등 미세광합성 조류의 수요가 증가함에 따라서, 광합성생물을 효과적으로 배양할 수 있는 광합성생물 배양시스템이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배양액의 순환이 원활함과 아울러 일정시간 사용 후 세척 등이 용이하여 광합성생물들을 효과적으로 배양할 수 있는 광합성생물 배양을 위한 배양시스템를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배양액의 순환이 원활함과 아울러 일정시간 사용 후 세척 등이 용이하여 광합성생물들을 효과적으로 배양할 수 있는 광합성생물 배양을 위한 배양시스템에 사용되는 배관조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배양액의 순환이 원활함과 아울러 순환하는 배양액에 배양기체를 효과적으로 공급할 수 있는 광합성생물 배양을 위한 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 광합성 작용을 하는 광합성생물 및 물을 포함하는 배양액이 담기며 배양액의 유입구(12) 및 배출구(11)를 가지는 저장조(10)의 상기 유입구(12) 및 상기 배출구(11)와 연결되어 배양액을 공급받아 순환시키면서 광합성생물이 광합성 작용을 가능케 하는 배양부(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광합성생물 배양시스템에 있어서, 상기 배양부(20)는, 배양액이 수평으로 흐르는 하나 이상의 하부배관부(50)와; 상기 하부배관부(50)에 대응되어 상측으로 간격을 두고 설치되며 배양액이 수평으로 흐르는 하나 이상의 상부배관부(60)와; 상기 하부배관부(50)와 상부배관부(60)를 연결하여 하부배관부(50)로부터 상부배관부(60)로 배양액이 흐르거나, 상부배관부(60)로부터 하부배관부(50)로 배양액이 흐르도록 하는 복수의 투명수직배양관(30)을 포함하며, 상기 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치되어 이산화탄소 및 공기 중 적어도 하나를 포함하는 배양기체를 공급하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체를 개시한다.
상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)는, 상기 복수의 투명수직배양관(30)들 각각과 연결됨과 아울러 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하는 복수의 T자형 배관(51, 61)들을 포함할 수 있다.
상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)는, 상기 수평유로가 복수로 형성될 수 있도록 서로 평행을 이루어 복수 개로 설치될 수 있다.
상기 복수의 하부배관부(50)들 중 적어도 일부는 인접한 하부배관부(50)와 연결배관(72)에 의하여 연결되며, 상기 복수의 상부배관부(60)들 중 적어도 일부는 인접한 상부배관부(60)과 연결배관(71)에 의하여 연결될 수 있다.
상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)에 의하여 형성되는 복수의 상기 수평유로들은 기준직선을 이루며, 상기 수평유로가 이루는 기준직선과 수직인 방향에서 보았을 때 각 수평유로의 상기 투명수직배양관(30)은, 인접한 수평유로의 상기 투명수직배양관(30)과 중첩되지 않게 배치될 수 있다.
상기 복수의 T자형 배관(51, 61)들은, 상기 수평유로를 형성함에 있어서 인접한 T자형 배관(51, 61)과 보조연결관(52, 62)에 의하여 연결될 수 있다.
상기 복수의 T자형 배관(51, 61)들은, 인접한 상기 T자형 배관(51, 61)과 서로 끼움결합되어 상기 수평유로를 형성할 수 있다.
상기 투명수직배양관(30)은, 외주면이 상기 T자형 배관(51, 61)의 내주면에 밀착된 상태로 끼워진 후 상기 T자형 배관(51, 61) 및 상기 투명수직배양관(30) 사이의 간극을 동시에 밀봉하는 오링(54)이 개재된 상태에서 상기 T자형 배관(51, 61) 및 상기 투명수직배양관(30)을 결합시키는 결합부재(53, 63)를 포함할 수 있다.
상기 투명수직배양관(30)은, 이산화탄소 및 공기 중 적어도 하나를 포함하는 배양기체를 공급하는 배양기체공급조립체(500)가 그 길이방향으로 설치될 수 있다.
상기 배양기체공급조립체(500)는, 배양기체공급장치(80)로부터 배양기체가 유입되는 내부공간(S)을 가지는 원통형상이며, 상기 내부공간(S)에 유입된 배양기체가 상기 투명수직배양관(30)에 분사되는 하나 이상의 분사관(220)과; 상기 하나 이상의 분사관(220)의 길이방향을 기준으로 양단에 각각 설치되는 한 쌍의 마개부(250)를 포함할 수 있다.
상기 분사관(220)의 내주면과 간격을 가지는 외주면을 가지도록 양단이 상기 한 쌍의 마개부(250)에 결합되고, 상기 배양기체공급장치(80)로부터 배양기체를 공급받아 상기 내부공간(S)으로 배양기체를 분사하는 주공급관(210)을 추가로 포함할 할 수 있다.
상기 배양기체공급조립체(500)는, 상기 투명수직배양관(30)의 상단 및 하단 중 적어도 일단에 결합되며, 일단이 상기 하부배관부(50)의 길이방향을 따라서 배치되며 상기 배양기체공급장치(80)와 연결되는 배양기체주입보조관(81)과 연결된 기체공급파이프조립체(240)와 연결되고, 타단이 상기 한 쌍의 마개부(250) 중 상기 투명수직배양관(30)에 결합된 단부에 위치된 마개부(250)에 결합되어 상기 내부공간(S)으로 직접 또는 간접으로 배양기체를 공급하는 지지배관(590)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 배양기체주입보조관(81) 및 상기 기체공급파이프조립체(240) 중 적어도 하나는 휨이 가능한 하나 이상의 호스를 포함할 수 있다.
상기 기체공급파이프조립체(240)는, 상기 투명수직배양관(30) 각각에 대응되어 설치되며, 상기 기체공급파이프조립체(240)는, 일단이 상기 지지배관(590)과 연결되는 제1호스(242)와, 상기 배양기체주입보조관(81)를 형성하는 제2호스 및 제3호스가 각각 결합되며 중앙부가 상기 제1호스(242)의 타단과 연결되는 T자형 배관연결구(241)를 포함할 수 있다.
상기 배양기체공급조립체(500)는, 상기 지지배관(590)에 결합되며 상기 투명수직배양관(30)의 단부에 고정되어 상기 분사관(220)이 상기 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치된 상태를 유지시키는 지지부(580)를 포함할 수 있다.
상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)는, 상기 복수의 투명수직배양관(30)들 각각과 연결됨과 아울러 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하는 복수의 T자형 배관(51, 61)들을 포함하며, 상기 지지부(580)는, 상기 투명수직배양관(30)의 단부와 상기 T자형 배관(51, 61)의 내주면에 형성된 단턱(59)에 지지되는 허브부재(581)를 포함할 수 있다.
상기 허브부재(581)는 상기 지지배관(590)이 삽입되는 관통공이 형성되며, 상기 허브부재(581)와 고정결합 또는 탈착결합되고 상기 허브부재(581)를 상기 지지배관(590)에 결합시키는 허브고정부(582)를 포함할 수 있다.
상기 투명수직배양관(30)의 상측에 결합되어 배양액이 채워진 상기 투명수직배양관(30)을 지지하는 배양관지지프레임(93)를 포함하는 배양부지지프레임부(90)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 배양부지지프레임부(90)는, 상기 하부배관부(50)를 지지하는 하부배관지지프레임(91)를 포함할 수 있다.
상기 투명수직배양관(30)의 상단에 결합된 상기 상부배관부(60)를 상측으로 분리하도록 상기 상부배관부(60)를 상측으로 이동시키는 상하분리부(95)를 포함할 수 있다.
상기 상하분리부(95)는, 상기 상부배관부(60)의 하측을 지지하는 하나 이상의 상부배관지지프레임(98)과, 상기 상부배관지지프레임(98)를 상하로 이동시키는 상하이동구동부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광합성생물 배양을 위한 배양시스템, 그에 사용되는 배관조립체, 및 그에 사용되는 배양기체공급조립체는, 광합성 작용을 하는 광합성생물 및 물을 포함하는 배양액이 저장된 저장조와, 저장조로부터 배양액을 공급받아 순환시키면서 광합성생물이 광합성 작용을 가능케 하는 배양부를 포함함으로써, 광합성생물을 보다 효율적으로 배양할 수 있는 이점이 있다.
특히 상기 배양부는, 수직으로 설치된 투명수직배양관을 구비하는 배양시스템로 구성되어 배양액의 순환이 용이하며, 내주면에 퇴적된 이물질의 제거가 용이하여 그 유지보수가 용이한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 광합성생물 배양을 위한 배양시스템, 그에 사용되는 배관조립체, 및 그에 사용되는 배양기체공급조립체는, 연결배관을 추가로 설치하여 복수의 T자형 배관들과 연결배관의 설치방향을 전환시킴으로써 상기 배양시스템의 설치 공간의 효율을 극대화 하는 이점이 있다.
더욱이 상기 배양시스템은, 복수의 투명수직관들의 측면형상이 서로 교차되도록 배치되도록 하여 복수의 투명수직관들의 광효율을 극대화하는 이점이 있다.
뿐만아니라 배양부에 공기공급을 위하여 지면에 수직으로 설치되는 하나 이상의 기체공급장치를 설치하여 배양부의 공간 효율을 극대화 하며, 광합성생물의 광합성 작용이 효율적으로 이루어지도록 하는 이점이 있다.
또한 상기 저장조는, 배양액이 담기는 저장조와; 저장조에 설치되어 물을 포함하는 배양액에 광합성을 위한 기체를 공급하여 광합성생물의 생장환경을 조성하는 생장환경조성부를 포함하는 저장조를 포함함으로써, 미세조류 등 광합성 작용이 효율적으로 이루어질 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 광합성생물 배양시스템을 보여주는 측면도이다.
도 2a 및 도 2b는, 도 1의 광합성생물 배양시스템을 상측 및 하측 각각에서 본 평면도들이다.
도 3은, 도 1의 배양시스템의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는, 도 1의 배양시스템에서 상부배관부의 T자형 배관을 투명수직배양관으로부터 분리하는 과정을 보여주는 정면도이다.
도 5는, 도 2b에서 Ⅳ-Ⅳ 방향의 단면도이다.
도 6은, 도 5에서 배양기체공급조립체를 보여주는 단면도이다.
도 7은, 도 6의 배양기체공급조립체를 보여주는 분해 단면도이다.
도 8은, 도 3의 배양시스템에 사용되는 배관구조를 보여주는 분해단면도이다.
도 9는, 도 8에 도시된 배관구조의 변형례를 보여주는 일부 단면도이다.
도 10은, 도 1의 배양시스템에 사용되는 저장조의 일 실시예를 보여주는 사시도이다.
도 11은, 도 9의 저장조에 설치되는 생장환경조성부를 보여주는 사시도이다.
도 12는, 도 11의 생장환경조성부에 설치되는 기체분사조립체를 보여주는 측면도이다.
도 13은, 도 12의 기체분사조립체의 단면도이다.
도 14는, 도 13의 기체분사조립체의 결합 구조를 보여주는 분해 단면도이다.
도 15는, 도 14에서 B 부분을 확대한 확대도이다.
도 16은, 도 10에서 Ⅴ-Ⅴ방향의 단면도이다.
도 17은, 도 16의 A부분을 확대한 확대도이다.
이하 본 발명에 따른 광합성생물 배양을 위한 배양시스템, 그에 사용되는 배관조립체, 및 그에 사용되는 배양기체공급조립체에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 광합성생물 배양시스템은, 도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 광합성 작용을 하는 광합성생물 및 물을 포함하는 배양액이 담기며 배양액의 유입구(11) 및 배출구(12)를 가지는 저장조(10)의 유입구(11) 및 배출구(11)와 연결되어 배양액을 공급받아 순환시키면서 광합성생물이 광합성 작용을 가능케 하는 배양부(20)를 포함한다.
여기서 상기 저장조(10)가 배양시스템의 일부로서 포함될 수도 있음은 물론이다.
상기 배양부(20)는, 저장조(10)의 유입구(11) 및 배출구(11)와 연결되어 배양액을 공급받아 순환시키면서 광합성생물이 광합성 작용을 가능케 하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 배양부(20)는, 본 발명에 따른 배관조립체로서, 복수 개의 관들을 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 상기 배양부(20)는, 배양액이 수평으로 흐르는 하나 이상의 하부배관부(50)와, 하부배관부(50)에 대응되어 상측으로 간격을 두고 설치되며 배양액이 수평으로 흐르는 하나 이상의 상부배관부(60)와, 하부배관부(50)와 상부배관부(60)를 연결하여 하부배관부(50)로부터 상부배관부(60)로 배양액이 흐르거나, 상부배관부(60)로부터 하부배관부(50)로 배양액이 흐르도록 하는 복수의 투명수직배양관(30)을 포함할 수 있다.
상기 하부배관부(50)는, 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성함과 아울러 복수의 투명수직배양관(30)들이 각각 연결되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 하부배관부(50)는, 후술하는 투명수직배양관(30)들과의 결합을 위하여 복수의 T자형 배관(51)들을 포함할 수 있다.
상기 T자형 배관(51)은, 중앙부에 대응되는 투명수직배양관(30)이 결합되고 양단에 인접한 T자형 배관(51)과 직접 또는 간접으로 연결되어 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 T자형 배관(51)은, 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하기 위하여 인접한 T자형 배관(51)과 보조연결관(52)에 의하여 간접으로 연결될 수 있다.
상기 보조연결관(52)은, 복수의 T자형 배관(51)을 연결시키기 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
이때, 상기 보조연결관(52)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 T자형 배관(51)들의 삽입부(55)에 삽입되도록 삽입부(55)의 내경에 대응되는 외경을 가지도록 형성될 수 있다.
한편 상기 T자형 배관(51)은, 인접한 T자형 배관(51)들과 직접 연결될 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이, 일단 및 타단 중 적어도 일단부(58)가 인접한 인접한 T자형 배관(51)의 단부(57)가 삽입되는 구조를 가질 수 있다.
즉, 상기 복수의 T자형 배관(51)들은, 인접한 T자형 배관(51, 61)과 서로 끼움결합되어 수평유로를 형성할 수 있다.
한편 상기 하부배관부(50)는, 상대적으로 작은 설치공간 내에 보다 많은 수의 투명수직배양관(30)의 설치가 가능하도록, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 배양액이 흐르는 수평유로가 서로 평행을 이루어 복수 개, 예를 들면 한 쌍으로 설치될 수 있다.
그리고 상기 복수 개의 하부배관부(50)들 중 적어도 일부는, 복수의 수평유로가 하나의 유로를 형성할 수 있도록 인접한 하부배관부(50)와 연결배관(72)에 의하여 연결될 수 있다.
상기 연결배관(72)은, 서로 인접한 하부배관부(50)들을 연결하는 배관으로서, U자형 관, 복수의 L자형 관 등을 포함할 수 있다.
한편 상기 하부배관부(50)는, 투명수직배양관(30)의 내부의 청소 등을 위하여 투명수직배양관(30) 내의 배양액을 외부로 배출시킬 수 있다.
이에, 상기 하부배관부(50)는, 하부배관부(50)은 물론 상부배관부(60) 및 투명수직배양관(30)에 담긴 배양액을 외부로 배출하기 위한 외부배출구를 추가로 구비할 수 있다.
상기 외부배출구는, 밸브 등에 의하여 개폐됨으로써, 투명수직배양관(30)의 내부의 청소 등을 위하여 투명수직배양관(30) 내의 배양액을 외부로 배출시킬 수 있다.
또한 상기 하부배관부(50)는, 배양기체공급장치(80)로부터 후술하는 배양기체공급조립체(500)로의 기체공급을 위하여 그 길이방향을 따라서 설치된 배양기체주입보조관(81)이 설치될 수 있다.
여기서 배양기체는, 배양액 내에 미생물, 해조류 등 광합성작용을 수행하는 광합성생물, 예를 들면 미세조류가 광합성의 수행을 위하여 이산화탄소가 필요함을 고려하여 공기, 이산화탄소 등을 포함할 수 있다.
상기 배양기체공급장치(80)는, 공기, 이산화탄소 등을 포함하는 배양기체를 공급하기 위한 장치로서, 공기펌프 등으로 구성될 수 있다.
한편 상기 배양기체주입보조관(81)의 단부는, 직접 또는 별도의 배관부재에 의하여 외부로 노출되고, 배양기체공급장치(80)는, 외부에 설치되는 게 일반적인바, 하부배관부(50)의 내부에 설치된 배양기체주입보조관(81)과의 직접 또는 간접연결을 위하여, 외부주입관(82)에 의하여 연결될 수 있다.
상기 배양기체주입보조관(81)은, 배양기체공급조립체(500)로의 배양기체의 공급을 위하여 하부배관부(50)의 길이방향을 따라서 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 배양기체주입보조관(81)은, 후술하는 T자형 구조 등의 기체공급파이프조립체(240)에 의하여 후술하는 배양기체공급조립체(500)와 연결될 수 있다.
예로서, 상기 배양기체공급조립체(500) 및 기체공급파이프조립체(240)의 구조는, 도 12 내지 도 17에 도시된 기체공급파이프조립체(240)와 같거나, 유사한 구조를 가질 수 있다.
한편 상기 배양기체주입보조관(81)은, 하부배관부(50) 등(상부배관부(50)에 설치될 수도 있음)의 내부에서의 설치의 용이, 후술하는 기체공급파이프조립체(240)와의 연결의 편의 등을 고려하여 휨이 자유로운 하나 이상의 호스들로 구성될 수 있다.
상기 호스는, 하부배관부(50) 등 내부에서의 설치의 용이, 후술하는 기체공급파이프조립체(240)와의 연결의 편의 등을 고려하여 휨이 자유로운 부재로서, 플라스틱 등의 재질을 가질 수 있다.
상기 상부배관부(60)는, 하부배관부(50)에 대응되어 하부배관부(50)의 상부에 간격을 두고 설치되며 배양액이 수평으로 흐르는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
또한 상기 상부배관부(60)는, 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성함과 아울러 복수의 투명수직배양관(30)들이 각각 연결되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
그리고, 상기 상부배관부(60)는, 후술하는 투명수직배양관(30)들과의 결합을 위하여 복수의 T자형 배관(61)들을 포함할 수 있다.
상기 T자형 배관(61)은, 중앙부에 대응되는 투명수직배양관(30)이 결합되고 양단에 인접한 T자형 배관(61)과 직접 또는 간접으로 연결되어 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 T자형 배관(61)은, 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하기 위하여 인접한 T자형 배관(61)과 보조연결관(62)에 의하여 간접으로 연결될 수 있다.
상기 보조연결관(62)은, 복수의 T자형 배관(61)을 연결시키기 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
이때, 상기 보조연결관(62)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 T자형 배관(61)들의 삽입부(65)에 삽입되도록 삽입부(65)의 내경에 대응되는 외경을 가지도록 형성될 수 있다.
한편 상기 T자형 배관(61)은, 인접한 T자형 배관(61)들과 직접 연결될 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이, 일단 및 타단 중 적어도 일단부(68)가 인접한 인접한 T자형 배관(61)의 단부(67)가 삽입되는 구조를 가질 수 있다.
즉, 상기 복수의 T자형 배관(61)들은, 인접한 T자형 배관(61)과 서로 끼움결합되어 수평유로를 형성할 수 있다.
한편 상기 상부배관부(60)는, 상대적으로 작은 설치공간 내에 보다 많은 수의 투명수직배양관(30)의 설치가 가능하도록, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 하부배관부(50)와 동일한 형태로서 배양액이 흐르는 수평유로가 서로 평행을 이루어 복수 개, 예를 들면 한 쌍으로 설치될 수 있다.
그리고 상기 복수 개의 상부배관부(60)들 중 적어도 일부는, 복수의 수평유로가 하나의 유로를 형성할 수 있도록 인접한 상부배관부(60)와 연결배관(71)에 의하여 연결될 수 있다.
상기 연결배관(71)은, 서로 인접한 상부배관부(60)들을 연결하는 배관으로서, U자형 관, 복수의 L자형 관 등을 포함할 수 있다.
한편 상기 상부배관부(60)는, 후술하는 배양기체공급조립체(500)가 설치되는 경우, 배양기체공급장치(80)로부터 후술하는 배양기체공급조립체(500)로의 기체공급을 위하여 그 길이방향을 따라서 설치된 배양기체주입보조관(81)이 설치될 수 있다.
상기 투명수직배양관(30)은, 하부배관부(50)와 상부배관부(60)를 연결하여 하부배관부(50)로부터 상부배관부(60)로 배양액이 흐르거나, 상부배관부(60)로부터 하부배관부(50)로 배양액이 흐르도록 하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 투명수직배양관(30)은, 내부에 흐르는 배양액 내 광합성 생물의 광합성이 가능하도록 광이 투과할 수 있는 아크릴, 유리 등의 투명한 직관 등으로 구성됨이 바람직하다.
한편 상기 투명수직배양관(30)은, 도 5에 도시된 바와 같이, T자형 배관(51)의 내주면에 형성된 단턱(59, 69)에 의하여 지지될 수 있다.
상기 투명수직배양관(30)은, 외주면이 T자형 배관(51, 61)의 내주면에 밀착된 상태로 끼워진 후 T자형 배관(51, 61) 및 투명수직배양관(30)을 결합시키는 결합부재(53, 63)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 투명수직배양관(30)은, 외주면이 T자형 배관(51, 61)의 내주면에 밀착된 상태로 끼워진 후 T자형 배관(51, 61) 및 투명수직배양관(30) 사이의 간극을 동시에 밀봉하는 오링(54)이 개재된 상태에서 결합부재(53, 63)에 의하여 T자형 배관(51, 61)에 결합됨이 바람직하다.
상기 결합부재(53, 63)는, 외주면이 T자형 배관(51, 61)의 내주면에 밀착된 상태로 끼워진 후 T자형 배관(51, 61) 및 투명수직배양관(30)을 결합시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 결합부재(53, 63)은, 중앙에 투명수직배양관(30)이 삽입되는 관통공이 형성되며 T자형 배관(51, 61)의 상단에 대응되는 턱부 및 턴부의 가장자리를 따라서 T자형 배관(51, 61)의 길이방향으로 연장되어 T자형 배관(51, 61)의 외주면과 나사결합되는 등 결합되는 결합부로 구성될 수 있다.
상기와 같은 결합부재(53, 63), 이에 더하여 오링(54)에 의하여, T자형 배관(51, 61) 및 투명수직배양관(30)의 결합에 의하여, T자형 배관(51, 61) 및 투명수직배양관(30)가 서로 탈착가능하게 결합될 수 있게 된다.
그리고 상기 T자형 배관(51, 61) 및 투명수직배양관(30)의 탈착결합에 의하여, 일정 시간의 경과 후 투명수직배양관(30)에 퇴적된 이물질을 제거가 용이하여 투명수직배양관(30)의 광합성 효율을 극대화할 수 있다.
즉, 상기 투명수직배양관(30)에 대하여, T자형 배관(51, 61)의 탈착결합에 의하여 투명수직배양관(30)의 내주면의 세척이 필요한 경우, T자형 배관(51, 61), 특히 상부배관부(60)의 T자형 배관(61)을 투명수직배양관(30)으로부터 분리하여 투명수직배양관(30)을 개방하고, 길게 형성된 세척솔 등에 의하여 투명수직배양관(30)의 내주면을 세척할 수 있다.
여기서 상기 상부배관부(60)의 T자형 배관(61)을 투명수직배양관(30)으로부터 분리과정은, 앞서 설명한 결합부재(63)를 회전시켜 T자형 배관(61)으로부터 분리하여, 투명수직배양관(30)으로부터 T자형 배관(61)을 들어 올려 T자형 배관(61)을 투명수직배양관(30)으로부터 분리하여 투명수직배양관(30)을 개방할 수 있다
한편 상기 상부배관부(60)의 T자형 배관(61)을 투명수직배양관(30)으로부터 분리하는 과정을 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상하분리부(95)에 의하여 자동으로 수행할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 배양시스템은, 투명수직배양관(30)의 상단에 결합된 상부배관부(60)를 상측으로 분리하도록 상부배관부(60)를 상측으로 이동시키는 상하분리부(95)를 포함할 수 있다.
상기 상하분리부(95)는, 투명수직배양관(30)의 상단에 결합된 상부배관부(60)를 상측으로 분리하도록 상부배관부(60)를 상측으로 이동시키는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 상하분리부(95)는, 상부배관부(60)의 하측을 지지하는 하나 이상의 상부배관지지프레임(98)과, 상부배관지지프레임(98)를 상하로 이동시키는 상하이동구동부를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 상부배관지지프레임(98)은, 상부배관부(60)의 하측을 지지하는 구성으로서 상부배관부(60), 특히 T자형 배관(61)을 지지할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
한편 상기 상부배관지지프레임(98)이 복수 개로 설치된 경우 전체의 상부배관지지프레임(98)들을 동시에 상하로 이동시킬 수 있도록 복수의 연결프레임(97)에 의하여 연결되고, 연결프레임(97)이 상하이동구동부에 의하여 상하로 이동될 수 있다.
상기 상하이동구동부는, 상부배관지지프레임(98)를 상하로 이동시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
한편 도시화 등에 의하여 인구밀도가 증가하면서 한정된 설치공간(면적) 내에서 보다 많은 수의 시스템의 설치에 의하여 생산성을 향상시키는 것이 추세이며, 본 발명에 따른 배양시스템 또한 생산성 향상을 위하여 투명수직배양관(30)이 한정된 설치공간 내에 보다 많은 수로 설치됨이 바람직하다
그러나, 투명수직배양관(30)이 많이 설치되는 경우 인접한 투명수직배양관(30)에 의하여 채광의 제한을 받는바, 투명수직배양관(30)의 효율적인 배치 및 높이의 설정이 필요하다.
특히 생산성 향상을 위한 투명수직배양관(30)의 배치에 있어서 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)에 의하여 형성되는 복수의 상기 수평유로들은 기준직선을 이룰 때, 수평유로가 이루는 기준직선과 수직인 방향에서 보았을 때 각 수평유로의 투명수직배양관(30)은, 인접한 수평유로의 투명수직배양관(30)과 중첩되지 않게 배치됨이 바람직하다.
상기와 같이, 투명수직배양관(30)이 인접한 수평유로의 투명수직배양관(30)과 중첩되지 않게 배치되면, 투명수직배양관(30)이 광합성에 방해되지 않으면서 인접한 수평유로의 투명수직배양관(30)과 가까이 배치되어 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편 상기 배양시스템은, 특히 투명수직배양관(30)은 내부에 많은 양의 배양액이 흐르는바 견고한 지지가 필요하다.
이에 복수의 배관들로 구성된 배양부(20)는, 추가로 포함된 배양부지지프레임부(90)에 의하여 지지됨이 바람직하다.
예로서, 상기 배양부지지프레임부(90)는, 투명수직배양관(30)의 상측에 결합되어 배양액이 채워진 투명수직배양관(30)을 지지하는 배양관지지프레임(93)를 포함할 수 있다.
상기 배양관지지프레임(93)은, 투명수직배양관(30)의 상측에 결합되어 배양액이 채워진 투명수직배양관(30)을 지지하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 배양관지지프레임(93)은, 수직프레임(92)에 의하여 지지된 수평프레임(94)에 투명수직배양관(30)을 고정하는 'U'볼트로 구성될 수 있다.
상기 배양관지지프레임(93)은, 수직프레임(92), 및 수평프레임(94) 등으로 구성된 지지프레임에 투명수직배양관(30)을 견고하게 고정함으로써 투명수직배양관(30)의 안정된 설치상태를 유지할 수 있다.
한편 상기 배양부지지프레임부(90)는, 하부배관부(50)를 지지하는 하부배관지지프레임(91)를 포함할 수 있다.
상기 하부배관지지프레임(91)은, 하부배관부(50)를 지지하는 구성으로서 하부배관부(50)의 구조 등에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 투명수직배양관(30)은, 내부에 흐르는 배양액 내 광합성 생물의 광합성 작용의 촉진을 위하여 이산화탄소가 공급됨이 바람직하다.
이에, 상기 투명수직배양관(30)은, 내부에 흐르는 배양액에 이산화탄소, 공기 등의 배양기체를 공급하는 배양기체공급조립체(500)가 그 길이방향으로 설치될 수 있다.
상기 배양기체공급조립체(500)는, 본 발명에 따른 배양기체공급조립체로서, 내부에 흐르는 배양액에 이산화탄소, 공기 등을 포함하는 배양기체를 공급하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 배양기체공급조립체(500)는, 도 11 내지 도 17에 도시된 바와 같은 기체분사조립체(200)의 분사관(220)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 여기서 차이점은, 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치된 점이다.
특히 상기 배양기체공급조립체(500)는, 상부배관부(60) 및 하부배관부(50) 중 적어도 하나, 특히 하부배관부(50)에 설치된 배양기체주입보조관(81)에 연결되어 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치되는 것이 바람직하다.
예로서, 상기 배양기체공급조립체(500)는, 배양기체공급장치(80)로부터 배양기체가 유입되는 내부공간(S)을 가지는 원통형상이며, 내부공간(S)에 유입된 배양기체가 상기 투명수직배양관(30)에 분사되는 하나 이상의 분사관(220)과; 하나 이상의 분사관(220)의 길이방향을 기준으로 양단에 각각 설치되는 한 쌍의 마개부(250)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 배양기체공급조립체(500)는, 분사관(220)의 내주면과 간격을 가지는 외주면을 가지도록 양단이 한 쌍의 마개부(250)에 결합되고, 배양기체공급장치(80)로부터 배양기체를 공급받아 내부공간(S)으로 배양기체를 분사하는 주공급관(210)을 추가로 포함할 수 있다.
여기서 상기 배양기체공급조립체(500)는, 앞서 설명한 바와 같이 도 11 내지 도 17에 도시된 바와 같은 기체분사조립체(200)의 분사관(220)과 유사한 구조를 가질 수 있는바 자세한 설명은 생략한다.
한편 상기 배양기체공급조립체(500)는, 투명수직배양관(30)의 상단 및 하단 중 적어도 일단에 결합될 수 있는데, 이때 배양기체공급조립체(500)는, 일단이 하부배관부(50)의 길이방향을 따라서 배치되며 배양기체공급장치(80)와 연결되는 배양기체주입보조관(81)과 연결된 기체공급파이프조립체(240)와 연결되고, 타단이 한 쌍의 마개부(250) 중 투명수직배양관(30)에 결합된 단부에 위치된 마개부(250)에 결합되어 내부공간(S)으로 직접 또는 간접으로 배양기체를 공급하는 지지배관(590)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 지지배관(590)은, 일단이 하부배관부(50)의 길이방향을 따라서 배치되며 배양기체공급장치(80)와 연결되는 배양기체주입보조관(81)과 연결된 기체공급파이프조립체(240)와 연결되고, 타단이 한 쌍의 마개부(250) 중 투명수직배양관(30)에 결합된 단부에 위치된 마개부(250)에 결합되어 내부공간(S)으로 직접 또는 간접으로 배양기체를 공급하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
한편 앞서 설명한 바와 같이, 배양기체주입보조관(81) 및 기체공급파이프조립체(240) 중 적어도 하나는 휨이 가능한 하나 이상의 호스를 포할 수 있다.
그리고, 상기 기체공급파이프조립체(240)는, 투명수직배양관(30) 각각에 대응되어 설치됨이 바람직하며, 기체공급파이프조립체(240)는, 일단이 지지배관(590)과 연결되는 제1호스(242)와, 배양기체주입보조관(81)를 형성하는 제2호스 및 제3호스가 각각 결합되며 중앙부가 제1호스(242)의 타단과 연결되는 T자형 배관연결구(241)를 포함할 수 있다.
상기 제1호스(242), 제2호스 및 제3호스는, 하부배관부(50) 등 내부에서의 설치의 용이, 후술하는 기체공급파이프조립체(240)와의 연결의 편의 등을 고려하여 휨이 자유로운 부재로서, 플라스틱 등의 재질을 가질 수 있다.
한편 상기 배양기체공급조립체(500)가 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치될 수 있도록, 배양기체공급조립체(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 지지배관(590)이 길이방향으로 연장되어 설치되며, 지지배관(590)에 결합되어 하부배관부(50)에 배양기체공급조립체(500)가 지지되도록 하는 지지부(580)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 배양기체공급조립체(500)는, 지지배관(590)에 결합되며 투명수직배양관(30)의 단부에 고정되어 분사관(220)이 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치된 상태를 유지시키는 지지부(580)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)는, 복수의 투명수직배양관(30)들 각각과 연결됨과 아울러 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하는 복수의 T자형 배관(51, 61)들을 포함할 때, 지지부(580)는, 투명수직배양관(30)의 단부와 T자형 배관(51, 61)의 내주면에 형성된 단턱(59)에 지지되는 허브부재(581)를 포함할 수 있다.
또한 상기 허브부재(581)는, 지지배관(590)이 삽입되는 관통공이 형성되며, 허브부재(581)와 고정결합 또는 탈착결합되고 허브부재(581)를 지지배관(590)에 결합시키는 허브고정부(582)를 포함하는 등 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 투명수직배양관(30)은, 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)를 상하로 연결하여 상측에서 하측으로 배양액을 흐르게 하거나, 하측에서 상측으로 배양액을 흐르게 하면서 배양액 내 수피루리나와 같은 광합성생물이 광합성작용을 가능하게 한다.
특히 상기 투명수직배양관(30)은, 도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수 개로 설치될 수 있는데 광, 즉 햇볕이 골고루 조사될 수 있도록 지그재그로 배치되는 등 다양한 배치가 가능하다.
그리고 상기 투명수직배양관(30)은, 내주면에 스피루리나와 같은 조류가 부착되어 광투과를 곤란하게 할 수 있는바 미리 설정된 시간 후 또는 육안에 의한 판별에 의하여 상부배관부(60)의 분리 후 솔과 같은 청소도구를 이용하여 내주면을 청소함으로써 그 유지보수가 용이한 이점이 있다.
상기 저장조(10)는, 광합성 작용을 하는 광합성생물 및 물을 포함하는 배양액이 담기며 배양액의 유입구(11) 및 배출구(12)를 가지는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 유입구(11)는, 배양부(20)와 연결되어 배양부(20)를 순환한 배양액이 후술하는 저장조(10)의 저장조 내부로 재유입되는 구성으로서 배양액의 순환구조에 따라서 다양한 구조 및 위치에 설치될 수 있다.
예로서, 상기 유입구(11)는, 배양부(20)의 하측에 연결된 연결관과 연결되며 저장조(10)의 저장조(100)의 하부 쪽에 위치되는 것이 바람직하다.
상기 배출구(12)는, 저장조(10)의 저장조(100) 내에 담긴 배양액을 배양부(20)로 전달하는 구성으로서 배양액의 순환구조에 따라서 다양한 구조 및 위치에 설치될 수 있다.
예로서, 상기 배출구(12)는, 배양부(20)의 상측에 연결된 연결관과 연결되며 저장조(10)의 저장조(100)의 상부, 특히 유입구(11)보다 높은 쪽에 위치되는 것이 바람직하다.
상기 유입구(11) 및 배출구(12) 중 적어도 어느 하나, 바람직하게는 유입구(2)는, 배양액의 순환을 위한 펌프(40)가 연결될 수 있다.
한편, 상기 저장조(10)는, 도 10 및 도 16에 도시된 바와 같이, 광합성 작용을 하는 광합성생물 및 물을 포함하는 배양액이 담기는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 광합성생물은, 수중에서 태양 에너지와 이산화탄소, 소량 함유된 무기염류 등로 생장할 수 있는 미세 조류 등 광합성 작용을 하는 생물이면 모두 가능하다.
상기 저장조(100)는, 광합성 작용을 하는 광합성생물 및 물을 포함하는 배양액이 담기는 구성으로서 다양한 형태가 가능하다.
예로서, 상기 저장조(100)는, 전체 형상이 직육면체, 원기둥, 다각기둥 등 다양한 형상을 가지룻 있으며, 후술하는 생장환경조성부의 내부로의 설치 및 인출을 위하여 상측이 개방됨이 바람직하다.
그리고 상기 저장조(100)가 전체 형상이 직육면체를 이루는 경우 100㎜×100㎜×100㎜(가로×세로×높이), 50㎜×50㎜×100㎜ 등 설치 조건, 용량 등에 따라서 다양한 치수를 가질 수 있다.
그리고 상기 저장조(100)는, 저장조(100) 내부에 담기는 광합성생물이 광합성하기 용이하도록 가시광선이 투과할 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
일 예로서 상기 저장조(100)는, 아크릴, 유리 등 가시광선이 투과할 수 있는 투명재질로 형성되는 하나 이상의 투명판부재(120)일 수 있다.
다른 예로서, 상기 저장조(100)는, 복수 개의 프레임부재(111)들과; 복수 개의 프레임부재(111)들에 결합되며 가시광선이 투과되는 재질을 가지는 하나 이상의 투명판부재(120)들을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 프레임부재(111)들은, 상대적으로 구조적 강성이 약한 투명판부재(120)의 구조적 강성을 제공하기 위한 구성으로서 스테인레스, 알루미늄 등 금속재질을 가짐이 바람직하다.
한편, 상기 저장조(100)는, 프레임부재(111)들에 더하여 저장조(100)의 구조적 강성을 보강하는 보강부재(112)가 추가로 결합될 수 있다.
상기 보강부재(112)는, 저장조(100) 내부의 수압을 견딜 수 있도록 구조를 보강하기 위한 구성으로서 다양한 구조가 가능하다.
예로서, 상기 프레임부재(111)들 및 보강부재(112)들은, 금속재질을 가지며, 빔형, 판형 구조를 가지는 등 다양한 구조가 가능하다.
특히 상기 프레임부재(111)들 및 보강부재(112)들은, 투명판부재(120)와의 결합구조에 따라 다양한 구조가 가능하다.
예로서, 상기 저장조(100)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 복수 개 설치되는 투명판부재(120)들 각각의 외곽부를 둘러싸도록 설치되는 판형 프레임부재(111)들과, 투명판부재(120) 및 프레임부재(111)들로 형성되는 저장조(100)의 외부면에 빔형태로 설치되는 복수 개의 보강부재(112)들을 포함할 수 있다.
한편 상기 저장조(100)는, 광합성 생물의 광합성 효과를 극대화하기 위하여, 저장조(100)에 설치되어 물을 포함하는 배양액에 광합성을 위한 기체를 공급하여 광합성생물의 생장환경을 조성하는 생장환경조성부를 포함할 수 있다.
상기 생장환경조성부는, 저장조(100)에 설치되어 물을 포함하는 배양액에 광합성을 위한 기체를 공급하여 광합성생물의 생장환경을 조성하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서 상기 생장환경조성부는, 저장조(100)의 저부에 설치되어 저장조(100)에 담긴 배양액 내에 기체를 분사하는 하나 이상의 기체분사조립체(200)들과; 하나 이상의 기체분사조립체(200)들 각각에 기체를 공급하는 기체공급파이프조립체(240)들을 포함할 수 있다.
여기서 상기 생장환경조성부에 의하여 공급되는 기체는, 앞서 설명한 배양기체와 동일하거나, 유사한 기체로서, 광합성생물의 광합성 작용의 수행이 가능하도록 배양액 내에 분사되는 기체로서, 압축공기, 산소 및 이산화탄소의 혼합가스 등 광합성생물의 광합성 작용의 수행이 가능한 기체이면 어떠한 기체도 가능하다.
또한 상기 생장환경조성부에 의하여 공급되는 기체는, 압축되어 공급되는 것이 바람직하며 이를 위하여 후술하는 기체공급파이프조립체(240)에 설치되는 배양기체공급장치(300)(이하 '기체공급장치(300)')로서 공기압축펌프가 연결됨이 바람직하다.
한편 상기 생장환경조성부는, 후술하는 기체공급파이프조립체(240)에 의하여 공급되는 기체의 공급압을 제어하기 위하여 기체공급압제어부(600)를 포함할 수 있다.
상기 기체공급압제어부(600)는, 기체공급장치(300)로부터 기체분사조립체(200)에 공급되는 기체의 압력을 조절하기 위한 구성으로서 레귤레이터 등 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 기체공급압제어부(600)는, 도 10에 도시된 바와 같이 사용자가 저장조(100) 내부에 공급되는 기체의 압력을 조절하도록 저장조(100)의 외측에 설치될 수 있다.
여기서 상기 기체공급압제어부(600)와 유사한 구성으로서, 앞서 설명한 배양기체공급조립체(500)로 공급되는 기체의 압력을 조절하는 기체공급압제어부가 배양기체공급조립체(500)에 연결될 수 있음은 물론이다.
상기 기체분사조립체(200)는, 저장조(100)의 저부에 설치되어 저장조(100)에 담긴 배양액 내에 기체를 분사하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 기체분사조립체(200)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 내부에 내부공간(S)이 형성되는 원통형상이며, 내부공간(S)에 유입되는 기체가 저장조(100)에 분사될 수 있도록 다공성 재질의 하나 이상의 분사관(220)과; 하나 이상의 분사관(220)의 길이방향을 기준으로 양단에 각각 설치되는 마개부(250)를 포함할 수 있다.
상기 분사관(220)은, 내부에 내부공간(S)이 형성되는 원통형상이며, 내부공간(S)에 유입되는 기체가 저장조(100)에 분사될 수 있도록 다공성 재질을 가지는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서 상기 분사관(220)은, 공간효율 및 분사 효율을 최적화할 수 있도록 원통 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 분사관(220)은, 배양액 내부에 담긴 상태에서 내부공간(S)에서의 고압의 기체가 관통하여 배양액 내부로 분사될 수 있도록 다공성 재질을 가지도록 형성되기 위하여, SiO2, Al2O3, 전분, 및 잔부로서 불가피 물을 포함하는 혼합물을 물과 혼합하여 반죽한 후 성형 및 소성에 의하여 제조될 수 있다.
구체적인 제조과정으로서, 상기 분사관(220)은, SiO2, Al2O3, 전분, 잔부로서 불가피 불순물 등을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합과정, 혼합과정을 통하여 혼합된 혼합물에 물을 추가하여 반죽하는 반죽과정, 반죽과정 후에 미리 설계된 직경 및 길이로 폭기용산기관을 성형하는 성형과정, 성형과정을 거쳐 성형된 성형체를 건조하는 건조과정 및 건조과정을 거친 성형체를 소정의 온도로 가열하여 소성하는 소성과정을 통하여 제조될 수 있다.
상기 혼합과정 및 반죽과정은, 물의 투입 시점에 따라서 서로 병합될 수 있으며, 투입되는 물의 양은 성형조건을 고려하여 적절한 양으로 선택될 수 있다.
상기 성형과정은, 반죽과정 후에 미리 설계된 직경 및 길이로 분사관(220)을 성형하는 과정으로서, 내부가 빈 중공 실린더 구조를 가짐을 고려하여 압출 성형되는 것이 바람직하다.
상기 소성과정은, 건조과정 및 건조과정을 거친 성형체를 900℃~1,400℃ 온도로 가열하여 소성하는 과정으로서 다양한 과정에 의하여 수행될 수 있다.
여기서 상기 소성과정을 통하여 분사관(220)을 성형하기 위한 성형체 내에 포함된 전분이 고열에 의하여 제거됨으로써 성형체 내에 기공의 형성이 보다 원활하게 수행된다.
한편 상기 분사관(220)은, 혼합물의 조정에 따라서 형성되는 폭기용기포들의 직경분포가 결정되며, Fe2O3, CaO, MgO, 엑티겔, 마이셀, 및 PEO(poly ethylene Oxide) 중 하나 이상을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
여기서 엑티겔(Actigel)은, Active Minerals 사(홈페이지 http://activeminerals.com/)의 제품으로서, 수화 마그네슘 규산 알루미늄 (hydrous magnesium aluminum-silicate)으로 정의된다.
그리고 마이셀은, 미셀(micelle)로도 일컬어지며 계면활성제가 일정 농도 이상에서 모인 집합체를 말한다.
한편 상기 분사관(220)은, 복수 개 설치될 수 있으며, 하나 이상의 분사관(220)의 양단 및 복수 개인 경우 분사관(200)들의 사이의 밀봉을 위하여, 복수 개의 분사관(220)들 및 마개부(250) 사이, 복수 개의 분사관(220)들 사이에는 내부공간(S)의 밀폐를 위한 밀봉부재(230)가 설치될 수 있다.
상기 밀봉부재(230)는, 복수 개의 분사관(220)들 및 마개부(250) 사이, 복수 개의 분사관(220)들 사이에 설치되어 내부공간(S)의 밀폐를 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 밀봉부재(230)는, 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 복수 개의 분사관(220)들 및 마개부(250) 사이, 복수 개의 분사관(220)들 사이에 위치되는 링형상의 실링부(231)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 밀봉부재(230)는, 분사관(220)과의 안정적 결합을 위하여 분사관(220)의 내주면으로 삽입되는 삽입부(232)를 포함할 수 있다.
상기 삽입부(232)는, 분사관(220)의 내주면이 후술하는 주공급관(210)의 외주면과 미리 설정된 간격을 두고 설치될 수 있도록 한다.
또한 상기 밀봉부재(230)는, 마개부(250)와의 안정적 결합을 위하여 마개부(250) 내측으로 일부가 삽입되어 설치될 수 있다.
한편 상기 밀봉부재(230)의 재질은, 합성수지, 고무 등 복수 개의 분사관(220)의 내부공간(S)의 밀폐에 적합한 재질이면 어떠한 재질도 가능하다.
상기 마개부(250)는, 하나 이상의 분사관(220)의 길이방향을 기준으로 양단에 각각 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
특히 상기 마개부(250)는, 후술하는 기체공급조립부(240)와의 결합 여부에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 마개부(250)는, 상기 기체공급조립부(240)와의 결합여부에 관계없이 서로 동일한 구조를 가지거나, 도 13에 도시된 바와 같이, 일측에는 외부와 완전히 격리되는 막힌 구조를 가지며, 타측, 즉 기체공급조립부(240)와 결합되는 측에서는 기체공급조립부(240)에 의한 기체가 내부공간(S)으로 전달이 가능하도록 길이방향으로 관통된 구조를 가질 수 있다.
한편 상기 마개부(250)는, 후술하는 주공급관(210)의 양단에 볼팅결합 등 고정되어 결합될 수 있다.
구체적으로 상기 마개부(250)는, 주공급관(210)의 외주면에 형성된 수나사부(239)에 나사결합되며, 주공급관(210)의 외주면에 형성된 수나사부(239)에는 주공급관(210)과의 밀봉 결합을 위하여 테프론테이프가 감길 수 있다.
여기서 상기 마개부(250)의 내주면에는, 주공급관(210)의 외주면에 형성된 수나사부(239)에 나사결합되는 암나사부(259)가 형성될 수 있다.
그리고 상기 마개부(250)는, 주공급관(210)의 양단 사이에 설치된 밀봉부재(230) 및 주공급관(210)의 외주에 설치된 분사관(220)들을 길이방향으로 가압하여 내부공간(S)의 밀봉상태를 유지시킬 수 있다.
뿐만아니라 상기 마개부(250)는, 상기 주공급관(210)의 외주에 분사관(220)들이 복수 개 설치될 경우, 상기 복수 개의 분사관(220)들 및 상기 복수 개의 분사관(220)들 사이에 설치된 밀봉부재(230)들을 길이방향으로 가압하여 내부공간(S)의 밀봉상태를 유지시킬 수 있다.
한편 상기 분사관(220)에서 기체분사를 위한 기체의 안정적인 압력 형성을 위하여 기체분사조립체(200)는, 분사관(220)의 내부공간(S)에서 그 길이방향으로 삽입되고, 하나 이상의 분사공(211)이 형성되어 기체공급파이프조립체(240)로부터 기체를 공급받아 내부공간(S)으로 기체를 공급하는 주공급관(210)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 주공급관(210)은, 분사관(220)의 내부공간(S)에서 그 길이방향으로 삽입되고, 하나 이상의 분사공(211)이 형성되어 기체공급파이프조립체(240)로부터 기체를 공급받아 내부공간(S)으로 기체를 공급하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 주공급관(210)은, 복수 개의 관통공(211)이 형성되는 원통형 파이프 형상으로 형성될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 마개부(250)의 결합에 의하여 양단이 밀봉될 수 있다.
한편 상기 주공급관(210)에 형성된 관통공(211)은, 분사관(220)의 숫자 및 내부공간(S)의 배치에 따라서 적절한 위치 및 수로 형성될 수 있다.
상기 기체공급파이프조립체(240)는, 하나 이상의 기체분사조립체(200)들 각각에 기체를 공급하는 구성으로서 기체 공급구조에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로 상기 기체공급파이프조립체(240)는, 기체공급장치(300)와 연결된 주배관(249)와, 주배관(249)과 연결되며 기체분사조립체(200)들 각각에 결합되는 분기부재(241)를 포함할 수 있다.
상기 주배관(249)은, 기체공급장치(300)와 연결된 배관으로서 휘기 쉬운 플라스틱관 등이 사용될 수 있다.
상기 분기부재(241)는, 주배관(249)과 연결되며 기체분사조립체(200)들 각각에 결합되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
특히 상기 분기부재(241)는, 주배관(249)과 연결의 연결 및 인접한 분기부재(241)와의 연결구조에 따라서 'L'자형 엘보, 'T'자형 엘보 등 다양한 부재가 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 기체분사조립체(200)는, 복수 개로 저장조(100)에서 서로 평행하게 배치될 수 있은바 각 기체분사조립체(200)는, 분기부재(241)에 의하여 연결될 수 있다.
이때 상기 주배관(249)은, 복수의 기체분사조립체(200)들의 임의의 위치, 예를 들면 배치방향을 기준으로 일단 및 타단 중 적어도 어느 하나, 양단 사이의 임의의 위치에 위치된 분기부재(241)와 연결될 수 있다.
그리고 상기 주배관(249)과 연결된 분기부재(241)는, 인접한 분기부재(241)로의 기체 전달을 위하여 연결파이프(244)에 의하여 인접한 분기부재(241)와 연결될 수 있다.
상기 연결파이프(240)는, 주배관(249), 후술하는 보조파이프(242) 등과 유사한 재질 및 구조를 가질 수 있다.
한편 상기 분기부재(241) 및 기체분사조립체(200), 특히 마개부(250)과의 원할한 결합을 위하여, 기체공급파이프조립체(240)는, 마개부(250)의 내주면에 형성된 암나사부(259)에 나사결합되는 어댑터부재(243)와, 어댑터부재(243) 및 분기부재(241)를 연결하는 보조파이프(242)를 포함할 수 있다.
상기 어댑터부재(243)는, 마개부(250)의 내주면에 형성된 암나사부(259)에 나사결합되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 보조파이프(242)는, 어댑터부재(243) 및 분기부재(241)를 연결하는 파이프로 다양한 구성이 가능하며, 휘기 쉬운 재질의 사용이 바람직하다.
한편, 상기 기체분사조립체(200)는, 저장조(100)의 저면에 복수 개 설치될 수 있다.
이때 상기 기체분사조립체(200)는, 복수 개 설치되는 경우 전체적으로 관구조를 이루므로 서로 평행하게 배치됨이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 기체분사조립체(200)는, 서로 평행하게 배치되며 전체 평면형상이 직사각형 구조를 가짐이 바람직하다
그리고 상기 복수 개의 기체분사조립체(200)는, 안정적 설치를 위하여 양단이 지지프레임(400)에 의해 지지될 수 있다.
상기 지지프레임(400)은, 복수 개 설치되는 기체분사조립체(200)들을 지지를 위한 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 지지프레임(400)은, 기체분사조립체(200)들의 양단부 중 적어도 일부, 예를 들면, 어댑터부재(243) 및 마개부(250)의 볼팅결합시 기체분사조립체(200)들의 양단이 고정되도록 구성될 수 있다.
이를 위하여 상기 지지프레임(400)은 어댑터부재(243)의 적어도 일부가 삽입되는 관통공이 형성된 플레이트부재로 구성될 수 있다.
그리고 상기 지지프레임(400)은, 복수의 기체분사조립체(200)들의 안정적 지지를 위하여, 서로 대향되어 설치되며 어댑터부재(243)의 적어도 일부가 삽입되는 관통공이 형성된 한 쌍의 플레이트부재 및 한 쌍의 플레이트부재의 양단을 결합시키는 한 쌍의 측면부재로 구성될 수 있다.
위와 같은 상기 한 쌍의 플레이트부재 및 한 쌍의 측면부재는, 내부에 복수의 기체분사조립체(200)들이 위치되는 직사각형 프레임 구조를 이루게 된다.
한편 상기 지지프레임(400)은, 저장조(100) 내부에서 기체분사조립체(200)들의 반출을 위하여 하나 이상의 손잡이부(420)가 설치될 수 있다.
상기 손잡이부(420)는, 복수 개 설치되는 기체분사조립체(200)들을 저장조(100)에 설치, 이탈시키기 용이하도록 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 손잡이부(420)는 'ㄷ' 형상으로 형성되며, 양 끝단이 상기 지지프레임(400)과 용접에 의해 결합될 수 있다.
한편 상기 저장조(10)는, 내부에 광합성 작용을 수행하는 미세조류 등 광합성생물을 장시간 저장할 수도 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10: 저장조 20: 배양부

Claims (16)

  1. 광합성 작용을 하는 광합성생물 및 물을 포함하는 배양액이 담기며 배양액의 유입구(12) 및 배출구(11)를 가지는 저장조(10)의 상기 유입구(12) 및 상기 배출구(11)와 연결되어 배양액을 공급받아 순환시키면서 광합성생물이 광합성 작용을 가능케 하는 배양부(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광합성생물 배양시스템에 있어서,
    상기 배양부(20)는, 배양액이 수평으로 흐르는 하나 이상의 하부배관부(50)와; 상기 하부배관부(50)에 대응되어 상측으로 간격을 두고 설치되며 배양액이 수평으로 흐르는 하나 이상의 상부배관부(60)와; 상기 하부배관부(50)와 상부배관부(60)를 연결하여 하부배관부(50)로부터 상부배관부(60)로 배양액이 흐르거나, 상부배관부(60)로부터 하부배관부(50)로 배양액이 흐르도록 하는 복수의 투명수직배양관(30)을 포함하며,
    상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)는, 상기 복수의 투명수직배양관(30)들 각각과 연결됨과 아울러 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하는 복수의 T자형 배관(51, 61)들을 포함하며,
    상기 투명수직배양관(30)은, 상기 하부배관부(50)와 상부배관부(60) 각각의 결합위치에 결합되어, 상기 투명수직배양관(30), 하부배관부(50) 및 상부배관부(60) 내부의 배양액이 흐르는 폐공간을 형성하는 결합부재(53, 63)를 포함하며;
    상기 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치되어 이산화탄소 및 공기 중 적어도 하나를 포함하는 배양기체를 공급하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체로서,
    배양기체공급장치(80)로부터 배양기체가 유입되는 내부공간(S)을 가지는 원통형상이며, 상기 내부공간(S)에 유입된 배양기체가 상기 투명수직배양관(30)에 분사되는 하나 이상의 분사관(220)과;
    상기 하나 이상의 분사관(220)의 길이방향을 기준으로 양단에 각각 설치되는 한 쌍의 마개부(250)를 포함하며,
    상기 분사관(220)의 내주면과 간격을 가지는 외주면을 가지도록 양단이 상기 한 쌍의 마개부(250)에 결합되고, 상기 배양기체공급장치(80)로부터 배양기체를 공급받아 상기 내부공간(S)으로 배양기체를 분사하는 주공급관(210)을 추가로 포함하며,
    상기 투명수직배양관(30)의 상단 및 하단 중 적어도 일단에 결합되며,
    일단이 상기 하부배관부(50)의 길이방향을 따라서 배치되며 상기 배양기체공급장치(80)와 연결되는 배양기체주입보조관(81)과 연결된 기체공급파이프조립체(240)와 연결되고, 타단이 상기 한 쌍의 마개부(250) 중 상기 투명수직배양관(30)에 결합된 단부에 위치된 마개부(250)에 결합되어 상기 내부공간(S)으로 직접 또는 간접으로 배양기체를 공급하는 지지배관(590)을 추가로 포함하며,
    상기 배양기체주입보조관(81) 및 상기 기체공급파이프조립체(240) 중 적어도 하나는 휨이 가능한 하나 이상의 호스를 포함하며,
    상기 기체공급파이프조립체(240)는, 상기 투명수직배양관(30) 각각에 대응되어 설치되며,
    상기 기체공급파이프조립체(240)는, 일단이 상기 지지배관(590)과 연결되는 제1호스(242)와, 상기 배양기체주입보조관(81)를 형성하는 제2호스 및 제3호스가 각각 결합되며 중앙부가 상기 제1호스(242)의 타단과 연결되는 T자형 배관연결구(241)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)는, 상기 수평유로가 복수로 형성될 수 있도록 서로 평행을 이루어 복수 개로 설치된 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 하부배관부(50)들 중 적어도 일부는 인접한 하부배관부(50)와 연결배관(72)에 의하여 연결되며,
    상기 복수의 상부배관부(60)들 중 적어도 일부는 인접한 상부배관부(60)과 연결배관(71)에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)에 의하여 형성되는 복수의 상기 수평유로들은 기준직선을 이루며,
    상기 수평유로가 이루는 기준직선과 수직인 방향에서 보았을 때 각 수평유로의 상기 투명수직배양관(30)은, 인접한 수평유로의 상기 투명수직배양관(30)과 중첩되지 않게 배치되는 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 T자형 배관(51, 61)들은,
    상기 수평유로를 형성함에 있어서 인접한 T자형 배관(51, 61)과 보조연결관(52, 62)에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 T자형 배관(51, 61)들은,
    인접한 상기 T자형 배관(51, 61)과 서로 끼움결합되어 상기 수평유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
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  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지배관(590)에 결합되며 상기 투명수직배양관(30)의 단부에 고정되어 상기 분사관(220)이 상기 투명수직배양관(30)의 길이방향으로 설치된 상태를 유지시키는 지지부(580)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 하부배관부(50) 및 상부배관부(60)는, 상기 복수의 투명수직배양관(30)들 각각과 연결됨과 아울러 배양액이 수평으로 흐르는 수평유로를 형성하는 복수의 T자형 배관(51, 61)들을 포함하며,
    상기 지지부(580)는, 상기 투명수직배양관(30)의 단부와 상기 T자형 배관(51, 61)의 내주면에 형성된 단턱(59)에 지지되는 허브부재(581)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 허브부재(581)는 상기 지지배관(590)이 삽입되는 관통공이 형성되며, 상기 허브부재(581)와 고정결합 또는 탈착결합되고 상기 허브부재(581)를 상기 지지배관(590)에 결합시키는 허브고정부(582)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양시스템에 사용되는 배양기체공급조립체.
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