KR101863225B1 - 광생물반응기 - Google Patents

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KR101863225B1
KR101863225B1 KR1020170144733A KR20170144733A KR101863225B1 KR 101863225 B1 KR101863225 B1 KR 101863225B1 KR 1020170144733 A KR1020170144733 A KR 1020170144733A KR 20170144733 A KR20170144733 A KR 20170144733A KR 101863225 B1 KR101863225 B1 KR 101863225B1
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liquid
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박경희
정진균
홍진복
유중근
김석만
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바이오시스템이엔지(주)
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Abstract

본 발명은 광합성미생물을 배양할 수 있는 광생물반응기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 내부에 상기 광합성미생물을 배양 할 수 있는 배양 공간을 가지며 상기 배양 공간에 배양액을 수용하는 배양 용기와 상기 배양 용기에 공기를 공급하는 기체 공급 부재와 상기 배양 용기의 공급되어 상기 배양액을 통과한 상기 공기를 외부로 배출하도록 상기 배양 용기와 결합되는 기체 배출 부재와 일단이 상기 배양 용기와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 배양액을 상기 배양 용기 외부로 배출한 뒤 상기 배양 용기로 보낼 수 있는 메인 라인과 상기 메인 라인을 흐르는 상기 배양액을 순환시키도록 제공되는 펌프부를 포함하는 배양액 순환 부재와 상기 배양액 순환 부재를 통해서 유입되는 상기 배양액을 스프레이 분사시켜 상기 배양 용기에 공급하는 분무 부재와 그리고 상기 배양 용기의 외측에 위치하며, 상기 배양 용기를 향해 광을 조사하는 광원을 가지는 광원 부재를 포함하는 광생물반응기를 포함한다.

Description

광생물반응기{Photobioreactor}
본 발명은 광생물반응기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광합성을 할 수 있는 미세 조류, 광합성 세균 등과 같은 광합성미생물을 배양할 수 있는 광생물반응기에 관한 것이다.
현재, 미세조류는 40,000 종 이상의 많은 종류가 알려져 있으며, 다양한 특성을 지닌 생물군으로 알려져 있다.
이러한 미세조류는 광합성 작용을 이용하여 대기 또는 연소 배기 가스 내의 이산화탄소를 고정하고 동시에 산소를 생산하는 기능을 하며, 특히 단백질 및 지질의 함량이 높고, 필수 아미노산 및 DHA, EPA 등이 함유되어 있어 건강기능식품 및 사료로 선호되고 있다.
최근에는 이러한 미세조류로부터 디젤유와 같은 연료를 생성하는 다양한 기술이 개발되어 그 필요성은 더욱 더 증대되고 있으며, 그에 따라 다양한 실험이 이루어지고 있다.
광합성 세균은 원핵생물로서 토양 내 유익균의 생장을 도와 토양의 비옥도를 증가시키며, 축산분뇨 등의 발생하는 휘발성 유기물질을 분해함으로써 악취제거에 효과적인 것으로 알려져 있다.
이에 따라 신뢰성 있는 실험 목적으로 미세조류 또는 광합성 세균을 배양하고 그 배양물을 선택적으로 채취할 수 있는 다양한 실험 장비로서의 광생물반응기의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
또한, 실험 목적이외에도 미세 조류 종의 상업적 이용을 위해서 미세조류 또는 광합성 세균의 최적 성장 조건에 부합하여 배양시킬 수 있는 광생물반응기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 미세조류 또는 광합성 세균과 같은 광합성미생물을 최적의 조건에서 배양할 수 있는 광생물반응기를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 광합성미생물의 배양 시 공기를 통해서 공급되는 이산화탄소를 광합성미생물의 배양 과정에서 최대 한도로 사용될 수 있는 광생물반응기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 미세 조류를 포함하는 광합성미생물을 배양할 수 있는 광생물반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 미세 조류를 포함하는 광합성미생물을 배양할 수 있는 광생물반응기는, 내부에 상기 광합성미생물을 배양 할 수 있는 배양 공간을 가지며 상기 배양 공간에 배양액을 수용하고 투명한 재질로 이루어진 배양 용기와; 상기 배양 용기에 공기를 공급하는 기체 공급 부재와; 상기 배양 용기에 공급되어 상기 배양액을 통과한 상기 공기를 외부로 배출하도록 상기 배양 용기와 결합되는 기체 배출 부재와; 일단이 상기 배양 용기와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 배양액을 상기 배양 용기 외부로 배출한 뒤 상기 배양 용기로 보낼 수 있는 메인 라인과 상기 메인 라인을 흐르는 상기 배양액을 순환시키도록 제공되는 펌프부를 포함하는 배양액 순환 부재와; 상기 배양액 순환 부재를 통해서 유입되는 상기 배양액을 스프레이 분사시켜 상기 배양 용기에 공급하는 분무 부재와; 그리고 상기 배양 용기의 외측에 상기 배양 용기와 별개의 패널형태 구조물로 위치되어, 상기 배양 용기를 향해 빛을 조사하는 광원을 가지는 광원 부재를 포함하되, 상기 배양액 순환 부재는, 상기 메인 라인에서 분기되며, 상기 분무 부재에 상기 배양액을 공급하는 분무 라인과; 상기 메인 라인에서 분기되며, 상기 배양 용기에 상기 메인 라인에서 분기된 상기 배양액을 상기 배양 용기로 공급하도록 상기 배양 용기와 연결되되, 상기 분무 부재보다 낮은 위치에서 상기 배양용기의 배양액의 수면 상부에 배치되고 상기 분무 부재보다 좁은 토출단면적을 갖는 토출단부를 구비하여 상기 배양용기의 배양액 상부로 상기 배양액이 토출될 때 물줄기를 이루며, 상기 토출단부로부터 토출된 배양액이 상기 분무 부재로부터 나온 배양액보다 짧은 거리를 이동하여 상기 배양액의 수면에 도달하도록 형성되는 순환 라인과; 상기 메인 라인 중 상기 펌프부의 전단에 설치되는 조절 밸브와; 상기 분무 라인에 설치되는 분무 밸브와; 상기 순환 라인에 설치되는 순환 밸브와; 상기 메인 라인 중 상기 펌프부의 후단에 설치되는 메인 밸브와; 그리고 상기 펌프부, 상기 조절 밸브, 상기 분무 밸브, 상기 순환 밸브 그리고 상기 메인 밸브를 제어하는 순환 제어부를 포함하며, 상기 분무 부재는 상기 배양 용기의 상부측 중앙에 배치되어 상기 분무 부재를 통하여 상기 배양액이 스프레이 분사되면 상기 배양액이 상기 배양용기 상부로부터 상기 배양액의 수면 상부로 이동하는 동안 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 광합성 미생물에 공급하도록 하여 이산화탄소 공급효율을 증가시키도록 형성되며, 상기 순환 제어부는 상기 메인 라인, 상기 분무 라인 또는 상기 순환 라인을 흐르는 상기 배양액을 복수의 배양 모드로 제어하되, 상기 복수의 배양 모드는, 상기 배양액이 상기 메인 라인을 거쳐 상기 분무 라인으로 흐르도록 하고, 액상의 스프레이 형태로 분무됨으로써 상기 배양 용기 내의 이산화탄소를 포획하면서 공급되어 상기 광합성미생물을 배양하는 제1배양 모드와; 상기 배양액이 상기 메인 라인을 거쳐 상기 순환 라인으로 흐르도록 하여 상기 광합성미생물을 배양하는 제2배양 모드와; 상기 배양액이 상기 메인 라인을 거쳐 상기 분무 라인 및 상기 순환 라인으로 모두 흐르도록 하여 상기 광합성미생물을 배양하는 제3배양 모드와; 그리고 상기 메인 라인, 상기 분무 라인 및 상기 순환 라인에 상기 배양액이 흐르지 않도록 하여 공기와 광만이 공급되는 제4배양 모드를 포함하고, 상기 배양 용기를 세정할 수 있는 세정 부재를 포함하며, 상기 세정 부재는, 세정액을 상기 메인 라인에 공급하도록 상기 메인 라인과 연결되는 세정 라인과; 상기 세정 라인에 상기 세정액을 공급하는 세정액 공급부와; 그리고 상기 세정 라인에 설치되는 세정 밸브를; 포함하며, 상기 세정 라인에 공급된 상기 세정액은 상기 메인 라인을 거쳐 상기 분무 라인 또는 상기 순환 라인을 거쳐서 상기 배양 용기 내부에 공급되어 상기 배양 용기를 세정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인 라인에 설치되며 상기 메인 라인에 흐르는 상기 배양액을 가열하는 가열 부재를 더 포함할 수 있다.
삭제
일 실시 예에 따르면, 상기 기체 공급 부재는 상기 배양 용기에 결합되며, 적어도 일부분이 상기 배양 용기의 내부에 위치하고 외부의 공기를 상기 배양 용기에 공급하는 기체 공급부를 포함하며, 상기 기체 공급부 중 상기 배양 용기의 내부에 위치하는 영역에는 상기 공기가 토출되는 토출홀이 복수개 형성될 수 있다.
삭제
일 실시 예에 따르면, 상기 광생물반응기는 상기 가열 부재 또는 상기 광원 부재를 제어하는 제어 부재를 더 포함하며 상기 제어 부재는 상기 메인 라인을 흐르는 상기 배양액이 기설정된 온도를 유지하도록 상기 가열 부재를 제어하며 상기 제어 부재는 상기 배양 용기에 공급되는 상기 광량을 제어하기 위해 상기 광원 부재를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광원 부재의 광원은 LED, 형광등, 할로겐등, 백열등 광원을 포함할 수 있다.
삭제
일 실시 예에 따르면, 상기 순환 제어부는 상기 제1배양 모드 시 상기 조절 밸브, 상기 메인 밸브 그리고 상기 분무 밸브를 개방시키고, 상기 순환 밸브를 차단시키도록 제어하며 상기 제2배양 모드 시 상기 조절 밸브, 상기 메인 밸브 그리고 상기 순환 밸브를 개방시키고, 상기 분무 밸브를 차단시키도록 제어하며 상기 제3배양 모드 시 상기 조절 밸브, 상기 메인 밸브, 상기 분무 밸브 그리고 상기 순환 밸브를 개방시키도록 제어하며 상기 제4배양 모드 시 상기 조절 밸브를 차단시키도록 제어할 수 있다.
삭제
일 실시 예에 따르면, 상기 배양액 순환 부재는 상기 메인 라인 중 상기 펌프부의 전단에 연결되어, 상기 배양액을 외부로 배출할 수 배출 라인과 상기 배출 라인에 설치되는 배출 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 광생물반응기는 복수의 모드로 광합성미생물을 배양하여 광합성미생물의 배양을 효과적으로 진행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광합성미생물의 배양 시 배양액의 순환 시키며, 배양액의 순환 공급 시 스프레이 형태로 공급하여, 1차 공급 후 공기 중에 남아있는 이산화탄소를 이차로 배양액과 함께 광합성미생물에 공급하여 이산화탄소 공급 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 분무 부재를 배양액의 공급 또는 배양 용기의 세정에도 활용 가능하여 다양한 기능을 구현할 수 있는 광생물반응기를 제공할 수 있다. 즉, 배양 용기 내의 유체의 순환 속도 및 압력을 조절함으로써 배양 또는 세정의 기능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광합성미생물의 종류, 광합성미생물의 배양 진행 정도에 따라 광량, 배양액의 온도, 다양한 배양 모드를 제공하여, 광합성미생물 배양 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광생물반응기를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광생물반응기를 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 6은 도 1의 광생물반응기를 이용하여 광합성미생물을 배양하는 복수의 모드를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 1의 배양 용기에서 배양액을 외부로 배출하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 2의 광생물반응기를 이용하여 배양 용기를 세정하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 미세 조류 또는 광합성세균을 포함하는 광합성미생물을 배양할 수 있는 광생물반응기(10)를 제공한다. 일 예로, 광합성미생물은 클로렐라, 스피루리나 또는 광합성세균을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 광합성이 가능한 미세 조류 또는 광합성이 가능한 미생물이라면 제한없이 본 발명의 광생물반응기(10)로 배양할 수 있으며, 상술한 예로 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광생물반응기를 보여주는 도면이다.
도 1를 참고하면, 광생물반응기(10)는 배양 용기(100), 광원 부재(200), 기체 공급 부재(300), 기체 배출 부재(400), 배양액 순환 부재(500), 분무 부재(600), 가열 부재(700), 제어 부재(800)를 포함한다.
배양 용기(100)는 내부에 빈 공간을 가질 수 있다. 배양 용기(100)의 내부 공간은 배양액이 수용될 수 있다. 배양 용기(100)는 광합성미생물이 배양되는 배양 공간을 제공할 수 있다. 일 예로, 배양 용기(100)는 원통형상으로 대용량 배양조로 제공될 수 있다. 배양 용기(100)는 투명한 재질로 제공될 수 있다. 일 예로, 배양 용기(100)는 아크릴과 스테인리스 스틸로 제조될 수 있다. 이와는 달리, 배양 용기(100)는 투명한 재질로 내부에 배양 공간을 가지며, 배양액이 수용되어 광합성미생물을 배양할 수 있는 재질이라면 제한 없이 적용 가능하다.
일 예로, 배양 용기(100)의 용량은 100 내지 300 L 로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 배양 용기(100)의 용량은 배양되는 광합성미생물의 종류, 양 등에 따라 선택적으로 적용될 수 있으며, 상술한 예로 한정되지 않는다.
광원 부재(200)는 배양 용기(100)의 외측에 위치할 수 있다. 광원 부재(200)는 배양 용기(100)에 광을 조사할 수 있다. 일 예로, 광원 부재(200)의 광원은 LED, 형광등, 할로겐등, 백열등 광원으로 제공될 수 있다. 일 예로, 광원의 색은 3000 내지 4000K의 온백색 또는 전구색을 가지는 광원으로 제공될 수 있다.
일 예로, 광원 부재(200)는 복수개의 LED 램프를 가지며, 패널 형태로 제공될 수 있다. 광원 부재(200)의 광량은 광합성미생물의 종류, 배양 조건, 광합성미생물의 배양양에 따라 선택적으로 제공될 수 있다. 일 예로, 광원이 LED 램프로 제공되는 경우, LED 램프의 개별 광량을 조절하여 배양 용기(100)로 공급되는 광량을 조절할 수 있다.
광원 부재(200)에서 공급되는 광은 광합성에 적합한 600nm 이상의 적색광으로 공급할 수 있다. 광원 부재(200)의 광원을 LED 램프로 제공되는 경우, LED 램프의 교체 및 수리가 용이한 장점이 있다.
광합성미생물의 배양 시 광량은 가장 중요한 요소로 최대 5000 Lux 이상의 광량을 공급하도록 광원 부재(200)에서 배양 용기(100)로 광을 조사할 수 있다.
기체 공급 부재(300)는 배양 용기(100)에 공기를 공급 할 수 있다. 광합성미생물의 광합성을 위해서는 빛과 이산화탄소가 반드시 필요하다. 기체 공급 부재(300)에서는 이 중 공기 중에 포함된 이산화탄소를 배양 용기(100)에 공급할 수 있다.
기체 공급 부재(300)는 기체 공급부(310) 및 기체 밸브(330)를 포함한다.
기체 공급부(310)는 외부의 공기를 배양 용기(100)로 공급할 수 있다. 기체 공급부(310) 중 일부는 배양 용기(100)의 외부로 노출되며, 다른 일부는 배양 용기(100) 중 배양액이 놓이는 내부 공간에 위치할 수 있다. 기체 공급부(310) 중 배양 용기(100)의 놓이는 영역에는 외부에서 공급된 공기가 배양액으로 공급될 수 있도록 복수개의 토출홀(311)을 가질 수 있다. 일 예로, 토출홀(311)을 통해서 공급되는 공기는 기포 형태로 공급될 수 있다.
일 예로, 기체 공급부(310)는 내부에 기체가 흐를 수 있는 관형태로 제공될 수 있다.
기체 공급 부재(300)는 이산화탄소가 포함된 공기를 배양액의 공간에 기포 형태로 공급하여 배양액 내부에 광합성미생물이 이산화탄소를 최대한 흡수하여 광합성 작용을 최대화 할 수 있다. 또한, 이를 통해서 광합성미생물의 배양 효율을 향상시킬 수 있다.
기체 배출 부재(400)는 배양액 내부의 공기를 외부로 배출할 수 있다. 일 예로, 공기는 기체 공급 부재(300)에서 배양 용기(100) 내부에 공급되며, 이 후 배양액을 통과하여 배양 용기(100)의 상부로 위치할 수 잇다. 이 후, 배양 용기(100) 내부 중 배양액의 상부에 위치한 공기는 기체 배출 부재(400)를 통해서 외부로 배출 될 수 있다. 배출되는 공기는 유입되는 공기에 비해서 이산화탄소의 농도가 더 낮다. 이는 유입되는 공기에 포함된 이산화탄소의 일부를 배양액의 광합성미생물이 광합성 작용에 이용한 결과이다.
기체 배출 부재(400)는 배양 용기(100)의 상부에 결합될 수 있다. 일 예로, 기체 배출 부재(400)는 관 형태로 배양 용기(100)와 결합되어 형성될 수 있다.
배양액 순환 부재(500)는 광합성미생물의 배양 시 배양 용기(100) 내부의 배양액을 배양 용기(100)의 외부로 이동시킨 뒤 다시 배양 용기(100)로 공급시킬 수 있다. 배양액 순환 부재(500)는 배양액을 순환시켜 광합성미생물의 배양 시 다양한 모드로 배양시킬 수 있다.
배양액 순환 부재(500)는 메인 라인(510), 조절 밸브(511), 메인 밸브(512), 펌프부(550), 분무 라인(520), 분무 밸브(521), 순환 라인(530), 순환 밸브(531), 배출 라인(540)(540), 배출 밸브(541)(541) 그리고 순환 제어부(560)를 포함한다.
메인 라인(510)의 일단은 배양 용기(100)와 연결되며, 타단은 분무 라인(520) 또는 순환 라인(530)과 연결될 수 있다. 메인 라인(510)에는 배양액이 흐를 수 있다. 메인 라인(510)에는 조절 밸브(511)가 설치될 수 있다.
조절 밸브(511)는 메인 라인(510)에 배양액의 유량을 조절할 수 있다. 일 예로, 조절 밸브(511)는 온오프 밸브로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 조절 밸브(511)는 유체의 유량을 조절 가능한 밸브라면 제한없이 적용 가능하다.
조절 밸브(511)는 메인 라인(510) 중 메인 라인(510)에 설치된 펌프부(550)와 배양 용기(100) 사이의 부분에 설치될 수 있다.
펌프부(550)는 메인 라인(510)에 설치될 수 있다. 펌프부(550)는 배양액을 순환시킬 수 있다. 일 예로, 펌프부(550)는 배양액을 순환시킬 수 있는 공지의 펌프 또는 장치라면 제한없이 적용 가능하다.
메인 밸브(512)는 메인 라인(510) 중 펌프부(550)의 후단에 설치될 수 있다. 메인 밸브(512)는 메인 라인(510)에 배양액의 유량을 조절할 수 있다. 일 예로, 메인 밸브(512)는 온오프 밸브로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 메인 밸브(512)는 유체의 유량을 조절 가능한 밸브라면 제한없이 적용 가능하다.
분무 라인(520)은 메인 라인(510)에서 분기되어 형성될 수 있다. 일 예로, 분무 라인(520)은 일단은 메인 라인(510)과 연결되며, 타단은 후술하는 분무 부재(600)와 연결될 수 있다. 분무 라인(520)은 복수의 배양 모드 중 분무 부재(600)를 사용하는 모드 시 배양액이 흐르는 라인일 수 있다. 도 1을 참조하면, 분무 부재(600)는 배양 용기의 상부측 중앙에 배치되어 분무 부재를 통하여 배양액이 스프레이 분사되면 배양액이 배양용기 상부로부터 배양액의 수면 상부로 이동하는 동안 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 광합성 미생물에 공급하도록 하여 이산화탄소 공급효율을 증가시키도록 형성될 수 있다.(도 9 참조)
분무 밸브(521)는 분무 라인(520)에 설치될 수 있다. 분무 밸브(521)는 분무 라인(520)에 배양액의 유량을 조절할 수 있다. 일 예로, 분무 밸브(521)는 온오프 밸브로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 분무 밸브(521)는 유체의 유량을 조절 가능한 밸브라면 제한없이 적용 가능하다.
순환 라인(530)은 메인 라인(510)에서 분기되어 형성될 수 있다. 일 예로, 순환 라인(530)은 일단은 메인 라인(510)과 연결되며, 타단은 배양 용기(100)와 연결될 수 있다. 순환 라인(530)은 메인 라인(510)으로부터 공급 받은 배양액을 배양 용기(100) 내로 공급할 수 있다.
순환 밸브(531)는 순환 라인(530)에 설치될 수 있다. 순환 밸브(531)는 순환 라인(530)에 배양액의 유량을 조절할 수 있다. 일 예로, 순환 밸브(531)는 온오프 밸브로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 순환 밸브(531)는 유체의 유량을 조절 가능한 밸브라면 제한없이 적용 가능하다. 도 1을 참고하면, 순환 라인은 분무 부재보다 낮은 위치에서 배양용기의 배양액의 수면 상부에 배치되고 분무 부재보다 좁은 토출단면적을 갖는 토출단부를 구비할 수 있다. 이 때, 순환라인의 토출단부를 통하여 배양용기의 배양액 상부로 배양액이 토출될 때 물줄기를 이루며, 토출단부로부터 토출된 배양액은 분무 부재로부터 나온 배양액보다 짧은 거리를 이동하여 배양액의 수면에 도달하도록 형성될 수 있다. (도 9 참조)
배출 라인(540)은 배양액을 외부로 배출할 경우, 사용 될 수 있다. 배출 라인(540)의 일단은 배양 용기(100)와 결합될 수 있다. 배출 라인(540)에는 배출 밸브(541)가 설치될 수 있다. 배출 밸브(541)는 배출 라인(540)을 흐르는 배양액의 유량을 조절할 수 있다. 일 예로, 배출 밸브(541)는 온오프 밸브로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 배출 밸브(541)는 유체의 유량을 조절 가능한 밸브라면 제한없이 적용 가능하다.
도 7과 같이, 배양 용기(100) 내부에 배양액 외부로 토출하는 경우, 배출 라인(540)의 배출 밸브(541)를 개방하여 배출 라인(540)을 통해서 배양액을 외부로 토출시킬 수 있다.
순환 제어부(560)는 메인 라인(510), 분무 라인(520) 또는 순환 라인(530)을 흐르는 배양액을 복수의 배양 모드로 제어할 수 있다. 여기서, 복수의 배양 모드는 제1배양 모드(P1), 제2배양 모드(P2), 제3배양 모드(P3) 그리고 제4배양 모드(P4)를 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 도 1의 광생물반응기를 이용하여 광합성미생물을 배양하는 복수의 모드를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참고하면, 제1배양 모드(P1)는 배양액이 배양 용기(100)에서 메인 라인(510)을 거쳐 분무 라인(520)을 흐르도록 하여 광합성미생물을 배양하는 모드이다. 분무 라인(520)을 통해서 분무 부재(600)로 공급된 배양액은 액상의 스프레이 형태로 배양 용기(100) 내부로 공급될 수 있다.
제2배양 모드(P2)는 배양액이 배양 용기(100)에서 메인 라인(510)을 거쳐 순환 라인(530)을 흐르도록 하여 광합성미생물을 배양하는 모드이다. 배양액은 순환 라인(530)을 거쳐서 배양액으로 공급될 수 있다. 이 때, 배양액은 액상의 형태로 배양 용기(100)에 공급될 수 있다.
제3배양 모드(P3)는 배양액이 배양 용기(100)에서 메인 라인(510)을 거쳐 분무 라인(520) 및 순환 라인(530)으로 흐르도록 하여 광합성미생물을 배양하는 모드이다. 즉, 배양액을 배양 용기(100)에 재공급 시 배양액을 스프레이 형태 및 액상의 형태로 동시에 공급할 수 있다.
제4배양 모드(P4)는 배양액이 메인 라인(510), 분무 라인(520) 및 순환 라인(530)에 흐르지 않도록 하는 광합성미생물을 배양하는 모드이다. 제4배양 모드(P4)는 배양액은 배양 용기(100)에 놓인 상태에서 공기와 광을 공급하여 광합성미생물을 배양하는 모드이다.
순환 제어부(560)는 복수의 배양 모드에 따라서 각각의 배양액 순환 부재(500)의 각 구성을 제어할 수 있다.
일 예로, 순환 제어부(560)는 제1배양 모드(P1) 시 조절 밸브(511), 메인 밸브(512) 그리고 상기 분무 밸브(521)를 개방시키고, 순환 밸브(531)를 차단시키도록 제어할 수 있다. 이를 통해서, 배양액이 배양 용기(100), 메인 라인(510), 분무 라인(520), 그리고 분무 부재(600)를 거쳐서 스프레이 형태로 다시 배양 용기(100) 내부로 공급될 수 있다.
일 예로, 순환 제어부(560)는 제2배양 모드(P2) 시 조절 밸브(511), 메인 밸브(512) 그리고 순환 밸브(531)를 개방시키고, 분무 밸브(521)를 차단시키도록 제어할 수 있다. 이를 통해서, 배양액이 배양 용기(100), 메인 라인(510) 그리고 순환 라인(530)을 거쳐서 액체 형태로 다시 배양 용기(100) 내부로 공급될 수 있다.
일 예로, 순환 제어부(560)는 제3배양 모드(P3) 시 조절 밸브(511), 메인 밸브(512), 분무 밸브(521) 그리고 순환 밸브(531)를 개방시키도록 제어할 수 있다. 이를 통해서, 배양액이 배양 용기(100), 메인 라인(510), 분무 라인(520), 그리고 분무 부재(600)를 거쳐서 스프레이 형태로 다시 배양 용기(100) 내부로 공급되거나, 배양액이 배양 용기(100), 메인 라인(510) 그리고 순환 라인(530)을 거쳐서 액체 형태로 다시 배양 용기(100) 내부로 공급될 수 있다.
일 예로, 순환 제어부(560)는 제4배양 모드(P4) 시 조절 밸브(511)를 차단시키도록 제어할 수 있다. 이를 통해서, 배양액이 순환되지 않도록 하며, 공기 및 광량의 공급으로 배양 용기(100) 내에서 광합성미생물을 배양 시킬 수 있다.
분무 부재(600)는 배양 용기(100) 내부로 배양액을 공급 할 수 있다. 분무 부재(600)는 배양액을 스프레이 형태로 공급할 수 있다. 분무 부재(600)는 일단은 분무 라인(520)과 연결될 수 있다. 분무 부재(600)는 분무 라인(520)으로부터 배약액을 공급 받을 수 있다.
분무 부재(600)는 스프레이 노즐부(610)를 포함할 수 있다. 스프레이 노즐부(610)는 배양액을 스프레이 형태로 공급 할 수 있다. 스프레이 노즐부(610)는 배양 용기(100)의 내부에 위치할 수 있다. 일 예로, 스프레이 노즐부(610)는 이류체 노즐, 분사 노즐 등 액체를 스프레이 형태로 공급할 수 있는 노즐이라면 제한없이 적용 가능하다.
분무 부재(600)에서 스프레이 형태로 공급되는 배양액은 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 다시 광합성미생물에 공급할 수 있다. 이 경우, 1차로 공기가 배양액에 공급되어, 이산화탄소를 공급하며 미처 공급되지 못한 이산환탄소는 액적 형태의 배양액을 통해서 광합성미생물에 공급할 수 있어 이산화탄소 공급 효율을 향상시킬 수 있다.
가열 부재(700)는 메인 라인(510)에 설치될 수 있다. 가열 부재(700)는 메인 라인(510)을 흐르는 배양액을 기설정된 온도로 유지하도록 가열 할 수 있다. 일 예로, 가열 부재(700)는 배양액을 약 25 ℃ 내외로 유지하도록 배양액을 가열 할 수 있다. 배양액의 설정 온도를 광합성미생물의 종류 등에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 상술한 예로 한정되지 않는다. 일 예로, 가열 부재(700)는 히터로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 가열 부재(700)는 배양액을 가열할 수 있는 공지의 장치라면 제한없이 적용 가능하다.
제어 부재(800)는 광원 부재(200) 또는 가열 부재(700)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어 부재(800)는 배양 용기(100)에 공급되는 광량을 제어하기 위해 광원 부재(200)를 제어할 수 있다. 일 예로, 광원이 LED 광원으로 제공되는 경우, 제어 부재(800)는 개별 LED 램프의 광량을 조절하여 배양 용기(100) 내로 공급되는 전체적인 광량을 조절할 수 있다.
일 예로, 제어 부재(800)는 메인 라인(510)에 흐르는 배양액이 기설정된 온도를 유지하도록 가열 부재(700)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어 부재(800)는 배양액의 온도를 측정하는 센서(미도시)로부터 온도 정보를 전달 받아, 배양액의 온도를 유지하기 위해 가열 부재(700)를 작동시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광생물반응기를 보여주는 도면이다.
도 2를 참고하면, 광생물반응기(10)는 세정 부재(900)를 더 포함할 수 있다. 세정 부재(900)는 배양 용기(100)를 세정할 수 있다.
세정 부재(900)는 세정 라인(910), 세정액 공급부(930) 그리고 세정 밸브(950)를 포함한다.
세정 라인(910)에는 세정액이 흐를 수 있다. 세정 라인(910)은 일단은 메인 라인(510)과 연결되며, 타단은 세정액 공급부(930)와 연결될 수 있다. 일 예로, 세정 라인(910)은 펌프부(550)와 조절 밸브(511) 사이의 메인 라인(510)과 연결될 수 있다.
세정액 공급부(930)는 세정액을 세정 라인(910)에 공급할 수 있다. 일 예로, 세정액은 배양 용기(100)를 세정할 수 있는 탈이온수로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 배양 용기(100)를 세정할 수 있는 세정액이라면 제한없이 적용 가능하다.
세정 밸브(950)는 세정 라인(910)에 설치될 수 있다. 세정 밸브(950)는 세정 라인(910)에 세정액의 유량을 조절할 수 있다. 일 예로, 세정 밸브(950)는 온오프 밸브로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 세정 밸브(950)는 유체의 유량을 조절 가능한 밸브라면 제한없이 적용 가능하다.
도 8 및 도 9는 도 2의 광생물반응기를 이용하여 배양 용기를 세정하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 배양 용기(100) 세정 시 세정 라인(910)을 통해서 공급된 세정액은 메인 라인(510) 및 분무 라인(520)을 거쳐 분무 부재(600)를 통해서 스프레이 형태로 공급될 수 있다. 배양 용기(100)로 공급된 세정액은 다시 메인 라인(510) 및 분무 라인(520)을 거쳐서 순환되어 배양 용기(100)로 공급될 수 있다. 이 과정에서 배양 용기(100) 내부가 세정될 수 있다.
도 8과 달리, 도 9와 같이, 세정 시 순환 라인(530)을 통해서도 세정액을 함께 공급하여 배양 용기(100) 내부를 세정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 광생물반응기는 복수의 모드로 광합성미생물을 배양하여 광합성미생물의 배양을 효과적으로 진행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광합성미생물의 배양 시 배양액의 순환 시키며, 배양액의 순환 공급 시 스프레이 형태로 공급하여, 1차 공급 후 공기 중에 남아있는 이산화탄소를 이차로 배양액과 함께 광합성미생물에 공급하여 이산화탄소 공급 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 분무 부재를 이용하여 배양액을 순환하여 배양할 경우 배양 용기 상부 벽면(head space)에 미세조류 또는 광합성세균이 부착되어 생장하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 분무 부재를 배양액의 공급 또는 배양 용기의 세정에도 활용 가능하여 다양한 기능을 구현할 수 있는 광생물반응기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광합성미생물의 종류, 광합성미생물의 배양 진행 정도에 따라 광량, 배양액의 온도, 다양한 배양 모드를 제공하여, 광합성미생물 배양 효율을 향상시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 광생물반응기 100: 배양 용기
200: 광원 부재 300: 기체 공급 부재
310: 기체 공급부 330: 기체 밸브
400: 기체 배출 부재 500: 배양액 순환 부재
510: 메인 라인 511: 조절 밸브
512: 메인 밸브 520: 분무 라인
521: 분무 밸브 530: 순환 라인
531: 순환 밸브 540: 배출라인
541: 배출 밸브 550: 펌프부
560: 순환 제어부 600: 분무 부재
610: 스프레이 노즐부 700: 가열 부재
800: 제어 부재 900: 세정 부재
910: 세정 라인 930: 세정액 공급부
950: 세정 밸브

Claims (11)

  1. 미세 조류를 포함하는 광합성미생물을 배양할 수 있는 광생물반응기에 있어서,
    내부에 상기 광합성미생물을 배양 할 수 있는 배양 공간을 가지며 상기 배양 공간에 배양액을 수용하고 투명한 재질로 이루어진 배양 용기와;
    상기 배양 용기에 공기를 공급하는 기체 공급 부재와;
    상기 배양 용기에 공급되어 상기 배양액을 통과한 상기 공기를 외부로 배출하도록 상기 배양 용기와 결합되는 기체 배출 부재와;
    일단이 상기 배양 용기와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 배양액을 상기 배양 용기 외부로 배출한 뒤 상기 배양 용기로 보낼 수 있는 메인 라인과 상기 메인 라인을 흐르는 상기 배양액을 순환시키도록 제공되는 펌프부를 포함하는 배양액 순환 부재와;
    상기 배양액 순환 부재를 통해서 유입되는 상기 배양액을 스프레이 분사시켜 상기 배양 용기에 공급하는 분무 부재와; 그리고
    상기 배양 용기의 외측에 상기 배양 용기와 별개의 패널형태 구조물로 위치되어, 상기 배양 용기를 향해 빛을 조사하는 광원을 가지는 광원 부재를 포함하되,
    상기 배양액 순환 부재는,
    상기 메인 라인에서 분기되며, 상기 분무 부재에 상기 배양액을 공급하는 분무 라인과;
    상기 메인 라인에서 분기되며, 상기 배양 용기에 상기 메인 라인에서 분기된 상기 배양액을 상기 배양 용기로 공급하도록 상기 배양 용기와 연결되되, 상기 분무 부재보다 낮은 위치에서 상기 배양용기의 배양액의 수면 상부에 배치되고 상기 분무 부재보다 좁은 토출단면적을 갖는 토출단부를 구비하여 상기 배양용기의 배양액 상부로 상기 배양액이 토출될 때 물줄기를 이루며, 상기 토출단부로부터 토출된 배양액이 상기 분무 부재로부터 나온 배양액보다 짧은 거리를 이동하여 상기 배양액의 수면에 도달하도록 형성되는 순환 라인과;
    상기 메인 라인 중 상기 펌프부의 전단에 설치되는 조절 밸브와;
    상기 분무 라인에 설치되는 분무 밸브와;
    상기 순환 라인에 설치되는 순환 밸브와;
    상기 메인 라인 중 상기 펌프부의 후단에 설치되는 메인 밸브와; 그리고
    상기 펌프부, 상기 조절 밸브, 상기 분무 밸브, 상기 순환 밸브 그리고 상기 메인 밸브를 제어하는 순환 제어부를 포함하며,
    상기 분무 부재는 상기 배양 용기의 상부측 중앙에 배치되어 상기 분무 부재를 통하여 상기 배양액이 스프레이 분사되면 상기 배양액이 상기 배양용기 상부로부터 상기 배양액의 수면 상부로이동하는 동안 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 광합성 미생물에 공급하도록 하여 이산화탄소 공급효율을 증가시키도록 형성되며,
    상기 순환 제어부는 상기 메인 라인, 상기 분무 라인 또는 상기 순환 라인을 흐르는 상기 배양액을 복수의 배양 모드로 제어하되,
    상기 복수의 배양 모드는,
    상기 배양액이 상기 메인 라인을 거쳐 상기 분무 라인으로 흐르도록 하고, 액상의 스프레이 형태로 분무됨으로써 상기 배양 용기 내의 이산화탄소를 포획하면서 공급되어 상기 광합성미생물을 배양하는 제1배양 모드와;
    상기 배양액이 상기 메인 라인을 거쳐 상기 순환 라인으로 흐르도록 하여 상기 광합성미생물을 배양하는 제2배양 모드와;
    상기 배양액이 상기 메인 라인을 거쳐 상기 분무 라인 및 상기 순환 라인으로 모두 흐르도록 하여 상기 광합성미생물을 배양하는 제3배양 모드와; 그리고
    상기 메인 라인, 상기 분무 라인 및 상기 순환 라인에 상기 배양액이 흐르지 않도록 하여 공기와 광만이 공급되는 제4배양 모드를 포함하고,
    상기 배양 용기를 세정할 수 있는 세정 부재를 포함하며,
    상기 세정 부재는,
    세정액을 상기 메인 라인에 공급하도록 상기 메인 라인과 연결되는 세정 라인과;
    상기 세정 라인에 상기 세정액을 공급하는 세정액 공급부와; 그리고
    상기 세정 라인에 설치되는 세정 밸브를; 포함하며,
    상기 세정 라인에 공급된 상기 세정액은 상기 메인 라인을 거쳐 상기 분무 라인 또는 상기 순환 라인을 거쳐서 상기 배양 용기 내부에 공급되어 상기 배양 용기를 세정하는 광생물반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 라인에 설치되며 상기 메인 라인에 흐르는 상기 배양액을 가열하는 가열 부재를 더 포함하는 광생물반응기.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기체 공급 부재는 상기 배양 용기에 결합되며, 적어도 일부분이 상기 배양 용기의 내부에 위치하고 외부의 공기를 상기 배양 용기에 공급하는 기체 공급부를 포함하며,
    상기 기체 공급부 중 상기 배양 용기의 내부에 위치하는 영역에는 상기 공기가 토출되는 토출홀이 복수개 형성되는 광생물반응기.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 광생물반응기는 상기 가열 부재 또는 상기 광원 부재를 제어하는 제어 부재를 더 포함하며,
    상기 제어 부재는 상기 메인 라인을 흐르는 상기 배양액이 기설정된 온도를 유지하도록 상기 가열 부재를 자동으로 제어하며,
    상기 제어 부재는 상기 배양 용기에 공급되는 광량을 제어하기 위해 상기 광원 부재를 제어하는 광생물반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원 부재의 광원은 LED, 형광등, 할로겐, 백열등 광원을 포함하는 광생물반응기.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 순환 제어부는,
    상기 제1배양 모드 시 상기 조절 밸브, 상기 메인 밸브 그리고 상기 분무 밸브를 개방시키고, 상기 순환 밸브를 차단시키도록 제어하며,
    상기 제2배양 모드 시 상기 조절 밸브, 상기 메인 밸브 그리고 상기 순환 밸브를 개방시키고, 상기 분무 밸브를 차단시키도록 제어하며,
    상기 제3배양 모드 시 상기 조절 밸브, 상기 메인 밸브, 상기 분무 밸브 그리고 상기 순환 밸브를 개방시키도록 제어하며,
    상기 제4배양 모드 시 상기 조절 밸브를 차단시키도록 제어하는 광생물반응기.
  10. 삭제
  11. 제1항, 제2항, 제4항, 제 6항, 제7항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양액 순환 부재는
    상기 메인 라인 중 상기 펌프부의 전단에 연결되어, 상기 배양액을 외부로 배출할 수 배출 라인과
    상기 배출 라인에 설치되는 배출 밸브를 더 포함하는 광생물반응기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100130657A (ko) * 2009-06-04 2010-12-14 신용진 고효율 배양장치
KR20110065953A (ko) * 2009-12-10 2011-06-16 주식회사 이시스 미생물 배양기의 원격제어 시스템 및 그 제어방법
KR101052625B1 (ko) * 2009-05-08 2011-07-29 정우종 간접 가열식 미생물 배양기
KR20130016978A (ko) * 2011-08-09 2013-02-19 주식회사 현진기업 피톤치드 발효물 제조장치와 이의 제조방법 그리고 피톤치드 발효물을 이용한 수처리방법

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