KR101905084B1 - 자체 순환형 미세조류 광 배양장치 - Google Patents

자체 순환형 미세조류 광 배양장치 Download PDF

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Abstract

자체 순환형 미세조류 광 배양장치가 개시된다. 본 발명에 따른 자체 순환형 미세조류 광 배양장치는, 소정의 둘레와 높이를 갖고 빛이 투과하도록 된 배양수조의 중심을 기준으로 외부의 빛이 다양한 각도에서 중심부까지 골고루 도달하도록 다수개의 배양조가 상기 배양수조와 일체화되어 방사형으로 돌출 형성되거나, 상기 배양수조를 기준으로 각각 독립적인 다수개의 배양관이 방사형으로 배치되어, 배양액을 수용하고 순환시키도록 된 배양부; 상기 배양수조에 수용된 배양액을 폭기하기 위한 폭기장치와, 배양액 온도를 조절하기 위한 온도조절기를 구비하여 상기 배양부의 하부에 결합되는 하부체; 및 상기 배양수조 하부의 배양액을 상부로 이송시켜 임시 저장한 후 각각의 상기 배양조나 배양관으로 분배하여 상,하 방향으로 순환시키기 위한 이송 순환부를 구비하여 상기 배양부의 상부에 결합되는 상부체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 중앙에 위치한 배양수조의 주변에 다수의 배양조나 배양관이 배치됨으로써 스피루리나를 포함하는 미세조류의 광합성과 자체 순환이 원활하게 이루어질 수 있고, 따라서 미세조류의 배양 효율 및 배양 수율이 향상될 수 있고, 배양부에 미세조류를 수확할 수 있는 수단이 마련되어 선택적으로 수확할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

Description

자체 순환형 미세조류 광 배양장치{LIGHT CULTIVATING APPARATUS FOR CULTURING MICROALGAE OF SELF-CIRCULATING TYPE}
본 발명은 자체 순환형 미세조류 광 배양장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배양수조의 구조를 내부의 미세조류가 광합성을 원활히 하도록 구성하고, 배양수조 내의 배양액을 상,하부로 자체 순환시켜 미세조류의 배양이 원활하도록 하며, 배양이 완료된 미세조류를 자동으로 수확할 수 있는 자체 순환형 미세조류 광 배양장치에 관한 것이다.
전세계적으로 경작되고 있는 농작물류는 인류의 주요한 식량공급원으로 사용되어 왔으나, 농지 면적당 수확량이 많지 않고 태양 에너지의 이용률이 극히 낮다. 이에 비해서, 수중에서 태양 에너지와 이산화탄소, 소량함유된 무기염류로 생육할 수 있는 미세 광합성 조류는 농작물의 생육이 불가능한 지역에서도 생육이 가능하고, 농작물과 비교하여 단위 경작면적당 20배 이상의 단백질을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 종류의 유용물질과 미생물 혹은 동식물 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.
이에 따라, 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.
특히, 스피루리나는 식물성 플랑크톤류의 25,000가지 해조류 중 사람에게 가장 유익한, 길이 0.3∼0.5mm, 폭 5∼8㎛의 청남조류(Blue green algae) 원핵다세포 미생물로 아프리카, 멕시코 등지에서 수온 37∼42℃, 수소이온농도 pH 8∼11, 알칼리의 짠 호수(염도 30∼40%)에서 자생한다. 이런 스피루리나는 인간의 생명 유지에 필요한 필수 영양소가 균형있게 함유된 동,식물성 영양을 고루 갖춘 천연물질로서 클로렐라보다 단백질 함량이 풍부하고 특히 철분, 베타카로틴, 칼슘, 단백질, 비타민, 미네랄이 풍부하다. 고알칼리로 인체의 체질 개선에도 놀라운 효과가 있으며, 특히 소화흡수율, 소화촉진작용이 우수하며, 배양수확이 용이하여 현대에 와서 산업적으로 많이 이용되고 있다.
이러한 미세조류를 대량으로 배양하기 위한 종래기술로서, 대한민국등록특허 제10-1721448호(공고일 : 2017.03.30)에는 미세조류 배양장치가 개시되어 있다. 이러한 미세조류 배양장치는, 일정간격으로 좌우배치되는 복수의 수직관체 모두의 내부 상측으로 이산화탄소가 포함된 공기가 균일하게 분산공급될 수 있도록 구성된 것이다.
그러나, 이러한 구조의 미세조류 배양장치는, 수직관체가 좌,로 연속 배치되어야 함으로써 순환성이 양호한 반면에 넓은 공간을 필요로 하는 문제점이 있었다.
다른 종래기술로서, 대한민국등록특허 제10-1670129호(공고일 : 2016.10.27)에는 광 반응 미세조류 배양장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일정 면적의 바닥과 높이를 갖는 외벽으로 이루어지고 미세조류 및 배양액이 수용되며 상부에는 상부덮개가 형성된 배양기(10)에 있어서, 상기 배양기 일측에 연결되어 기체가 혼합된 배양액을 공급하는 공급관(20)과, 상기공급관의 일측에 연결되어 일정압력으로 제어 가능한 기체주입용 노즐(22); 상기 공급관의 일단에 형성되어 배양기(10) 내부로 기체가 혼합된 배양액을 분사하는 분사구(21)와, 상기 배양기의 하단 중앙 또는 일측에 배양액이 배출되는 배출관(30)과, 상기 배양기 상부 덮개에 형성된 공기압 조절용 기체배출구(11)로 이루어지는 것이다.
그러나, 이러한 구조의 배양장치는, 배양기가 원통형으로 이루어짐으로써 내부 중앙에 위치한 미세조류의 광합성 및 순환이 원활히 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
. 대한민국등록특허 제10-1721448호(공고일 : 2017.03.30) . 대한민국등록특허 제10-1670129호(공고일 : 2016.10.27)
본 발명의 목적은, 미세조류의 광합성과 자체 순환이 원활하게 이루어지도록 할 수 있고, 배양이 완료된 미세조류를 자동으로 수확할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정의 둘레와 높이를 갖고 빛이 투과하도록 된 배양수조의 중심을 기준으로 외부의 빛이 다양한 각도에서 중심부까지 골고루 도달하도록 다수개의 배양조가 상기 배양수조와 일체화되어 방사형으로 돌출 형성되거나, 상기 배양수조를 기준으로 각각 독립적인 다수개의 배양관이 방사형으로 배치되어, 배양액을 수용하고 순환시키도록 된 배양부; 상기 배양수조에 수용된 배양액을 폭기하기 위한 폭기장치와, 배양액 온도를 조절하기 위한 온도조절기를 구비하고, 내부 바닥에는, 스피루리나를 포함하는 미세조류가 가장자리에서 상기 배양수조의 하부 중앙으로 모이도록 가장자리에서 중앙 쪽으로 기울어진 경사면이 형성되며, 상기 배양부의 하부에 결합되는 하부체; 상기 배양수조 하부의 배양액을 상부로 이송시켜 임시 저장한 후 각각의 상기 배양조나 배양관으로 분배하여 상,하 방향으로 순환시키기 위한 이송 순환부를 구비하여 상기 배양부의 상부에 결합되는 상부체를 포함하는 것을 특징으로 하는 자체 순환형 미세조류 광 배양장치에 의해 달성된다.
상기 배양부는, 상기 배양조와 일체화된 상기 배양수조 또는 상기 배양수조와 독립적으로 구성된 상기 배양관이 투시공을 구비한 금속체로 된 보호용 케이스 내부에 결합되어 이루어지거나, 상기 배양조와 일체화된 상기 배양수조가 금속체로 된 케이스에 투명소재로 된 다수개의 투시창이 마련되어 이루어질 수 있다.
상기 배양수조와 배양관으로 구성되는 경우에, 상기 배양관은 다수개가 한 조를 이루고, 각 조를 이루는 배양관은 상기 배양수조를 기준으로 방사형으로 배치되며, 상기 배양관의 크기가 서로 같거나, 서로 다르게 형성되되, 다르게 형성되는 경우에 상기 배양수조 쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 커지게 구성될 수 있다.
상기 폭기장치는, 유입되는 공기를 소정의 압력으로 배출하기 위한 폭기부; 외부 공기를 상기 폭기부로 공급하기 위한 외부 송풍기; 상기 외부 송풍기를 통하여 상기 폭기부로 공급되는 외부 공기에 포함된 부유미생물, 먼지 및 습기를 여과하기 위한 공기 여과필터; 상기 하부체의 바닥 중앙에 설치되어 공기나 이산화탄소 또는 공기와 이산화탄소를 토출하도록 상기 폭기부와 연결된 토출구; 및 상기 폭기부의 내부 또는 상기 폭기부와 토출구를 연결하는 연결관에 연결되는 액화 이산화탄소 주입기를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 이송 순환부는, 상기 배양수조 하부의 배양액을 상향으로 이송시키기 위한 내부 이송관과, 상기 내부 이송관의 외측에 상기 내부 이송관과 간격을 유지하여 결합되고 빛을 발생시켜 상기 배양수조의 내부 중앙에 조사하기 위한 식물 성장용 조명이 길이방향으로 내장된 외부관으로 이루어져 상기 배양수조의 중앙에 수직으로 설치되는 이송부; 상기 내부 이송관의 상단에 결합된 이송펌프; 상기 이송펌프와 연결되어 상기 이송펌프에 의해 상향으로 이송된 배양액을 임시로 저장하기 위한 임시 저장탱크; 및 일단이 상기 임시 저장탱크에 연통되도록 결합되고 타단은 상기 배양조의 상부나 상기 배양관의 상부에 위치하며 상기 배양조나 배양관의 수와 대응되는 수로 이루어진 다수개의 분배관을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 임시 저장탱크의 바닥은 중앙에서 가장자리 쪽으로 경사지게 형성되고, 상기 분배관은, 상기 임시 저장탱크에서 상기 배양조나 배양관의 상부 쪽으로 경사지게 설치되어, 상기 임시 저장탱크에 임시 수용되는 배양액이 별도 동력없이 각각의 상기 배양조나 배양관으로 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 분배관은, 상기 임시 저장탱크에 수용된 배양액이 간섭없이 상기 배양조의 상부로 낙하하도록 타단이 하향으로 절곡 형성되거나, 상기 배양관이 독립적으로 다수개로 구성되는 경우에, 상기 분배관의 저면에는 각각의 상기 배양관의 상부에 배양액이 공급되도록 각 상기 배양관의 수에 대응하는 수의 공급단들이 각각 하향으로 돌출 형성될 수 있다.
상기 상부체에는, 식물 성장용 조명들이 설치되되, 상기 조명들은 상기 배양부에 수용되는 스피루리나를 포함하는 미세조류의 특성에 따라 빛의 밝기와 조명시간이 제어될 수 있다.
상기 배양부에는, 미세조류를 수확하기 위한 수확장치가 구비되되, 상기 수확장치는, 상기 배양부로부터 미세조류를 포함한 배양액이 분기 파이프를 통하여 유입되는 수확공간을 구비한 케이스; 바닥에 메쉬망을 구비하여 상기 수확공간에 서랍식으로 설치되어, 통과되는 배양액으로부터 미세조류를 걸러 수확하기 위한 적어도 1개 이상의 서랍식 수확부재; 상기 서랍식 수확부재를 통과하면서 미세조류가 걸러진 배양액을 임시 저장하기 위한 잔여 배양액 탱크; 및 이송 펌프를 구비하여 상기 잔여 배양액 탱크에 저장된 배양액을 다시 상기 배양수조(212)로 이송시키기 위한 회수부를 포함할 수 있다.
상기 분기 파이프 또는 상기 수확공간의 입구에는, 수동 또는 자동으로 개폐작동하여 배양액이 선택적으로 상기 수확공간으로 유입되도록 하기 위한 제어밸브가 설치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 중앙에 위치한 배양수조의 주변에 다수의 배양조나 배양관이 배치됨으로써 스피루리나를 포함하는 미세조류의 광합성과 자체 순환이 원활하게 이루어질 수 있고, 따라서 미세조류의 배양 효율 및 배양 수율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 배양부에 미세조류를 수확할 수 있는 수단이 마련되어 선택적으로 수확할 수 있음으로써, 별도의 수확장치가 불필요하고, 배양이 완료된 미세조류의 수확이 자동으로 신속하고 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 미세조류 배양장치를 도시한 개략적 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자체 순환형 미세조류 광 배양장치를 도시한 개략적 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 배양부를 도시한 개략적 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 배양부의 한 예를 도시한 개략도이다.
도 5는 도 2에 도시된 자체 순환형 미세조류 광 배양장치의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자체 순환형 미세조류 광 배양장치를 도시한 개략적 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 자체 순환형 미세조류 광 배양장치의 순환구조를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 8은 도 2에 도시된 자체 순환형 미세조류 광 배양장치를 제어하기 위한 제어부를 설명하기 위한 개략적 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
첨부된 도면 중에서, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자체 순환형 미세조류 광 배양장치를 도시한 개략적 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 배양부를 도시한 개략적 평면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 배양부의 한 예를 도시한 개략도이다. 그리고, 도 5는 도 2에 도시된 자체 순환형 미세조류 광 배양장치의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 자체 순환형 미세조류 광 배양장치(100)는, 소정의 둘레와 높이를 갖고 빛이 투과하도록 된 배양수조(212)의 중심을 기준으로 외부의 빛이 다양한 각도에서 중심부까지 골고루 도달하도록 다수개의 배양조(214)가 배양수조(212)와 일체화되어 방사형으로 돌출 형성되어 배양액을 수용하고 순환시키도록 된 배양부(200)와, 배양수조(212)에 수용된 배양액을 폭기하기 위한 폭기장치(310)와, 배양액 온도를 조절하기 위한 온도조절기(320)를 구비하여 배양부(200)의 하부에 결합되는 하부체(300)와, 배양수조(212) 하부의 배양액을 배양수조(212)의 상부로 이송시켜 임시 저장한 후 각각의 배양조(214)로 분배하여 배양액을 상,하 방향으로 순환시키기 위한 이송 순환부(420)를 구비하여 배양부(200)의 상부에 결합되는 상부체(400)를 포함하여 구성되는 것이다.
이를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
배양부(200)는, 미세조류를 배양하기 위하여 배양액을 수용하고 순환(유동)시키기 위한 것으로, 소정의 둘레와 높이를 갖고 빛의 투과가 가능한 재질로 된 원통형의 배양수조(212)와, 이 배양수조(212)의 외주면에 이 배양수조(212)의 중심을 기준으로 외부의 빛이 다양한 각도에서 중심부까지 골고루 도달하도록 다수개의 배양조(214)가 방사형으로 돌출 형성된 구조를 갖는다. 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 8개의 사다리꼴 배양조(214)가 원통형의 배양수조(212) 외주면에 방사형으로 배치되어 일체로 형성된 상태를 도시하고 있다. 이와 같이 배양수조(212)의 외주면에 다수개의 배양조(214)가 방사형으로 배치된 것은, 외부의 빛이 배양조(214)에 수용된 배양액은 물론 배양수조(212)의 내부까지 도달하여 미세조류의 광합성이 원활히 이루어지도록 하기 위한 것이다.
전술한 바와 같이 배양수조(212)와 배양조(214)가 일체로 된 배양부(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 투시공(510)을 구비한 금속체로 된 보호용 케이스(500) 내부에 결합되어 이루어질 수 있다. 이러한 구조의 보호용 케이스(500)는 배양수조(212)와 배양조(214)를 안전하게 보호하기 위한 역할을 한다.
그리고, 도면에 도시되지 않았으나, 배양부(200)는 투명소재로 된 다수개의 투시창이 마련된 금속체로 된 케이스로 구성될 수도 있다. 즉, 투명소재로 된 다수개의 투시창이 마련되고 금속체로 된 케이스가 배양수조 역할을 하도록 구성될 수 있는 것이다.
하부체(300)는, 배양수조(212) 및 배양조(214)의 하부에 기밀을 유지하여 결합되어 배양수조(212)와 배양조(214)의 하부를 커버하기 위한 것으로, 배양수조(212)에 수용된 배양액을 폭기하기 위한 폭기장치(310)와, 배양액 온도를 조절하기 위한 온도조절기(320)를 구비한다. 이와 같은 하부체(300)는 금속체로 된 하우징(330) 등에 안정적으로 결합된다. 따라서 하부체(300)는 안정되게 지지된다.
특히, 하부체(300)는, 스피루리나를 포함하는 미세조류가 가장자리, 즉 배양조(214)에서 배양수조(212)의 하부 중앙으로 모이도록 가장자리에서 중앙 쪽으로 기울어진 경사면(370)이 형성된다. 만약, 하부체(300)의 바닥이 평편할 경우에 가라앉은 미세조류는 균일하게 교반되지 않기 때문에 순환이 어렵다. 따라서 이를 해결하기 위한 방안으로 하부체(300)의 바닥을 중앙 바닥이 가장 낮도록 경사면(370)을 형성하고, 이 하부체(300)의 바닥 중앙에 토출구(316)을 설치하는 것이다. 이러한 구조에 의해 하부체(300)의 하부 중앙으로 모인 미세조류는 토출구(316)에 의해 교반되어 원활한 순환이 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 하우징(330)의 내부에는 전술한 폭기장치(310)가 설치된다. 폭기장치(310)는, 유입되는 공기를 소정의 압력으로 배출하기 위한 폭기부(311)와, 외부 공기를 폭기부(311)로 공급하기 위한 외부 송풍기(314)와, 외부 송풍기(314)를 통하여 폭기부(311)로 공급되는 외부 공기에 포함된 부유미생물, 먼지 및 습기를 여과하기 위한 공기 여과필터(312)와, 하부체(300)의 바닥 중앙에 설치되어 공기나 이산화탄소 또는 공기와 이산화탄소를 토출하도록 폭기부(311)와 연결된 토출구(316)와, 폭기부(311)의 내부 또는 폭기부(311)와 토출구(316)를 연결하는 연결관에 연결되는 액화 이산화탄소 주입기(318)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구조의 폭기장치(310)는, 깨끗하게 여과된 외부공기 또는 외부공기와 이산화탄소를 토출구(316)로 토출하여 배양액을 폭기(교반)함으로써, 배양액이 정체됨 없이 원활하게 순환할 수 있게 된다. 그리고, 폭기장치(310)는 제어부에 의해 제어된다. 즉, 배양되는 미세조류의 종류에 따라 교반속도(폭기속도)가 조절될 수 있고, 배양액의 회수 후에는 공기압을 이용한 버블링으로 배양수조(212) 및 배양조(214) 내부를 자동 세척하도록 제어된다.
한편, 하우징(330)의 내부에는 온도조절기(320)가 설치된다. 온도조절기(320)는 하부체(300)의 바닥이나 바닥과 근접한 영역에 설치되는 발열체(322)(열선 등)를 더 구비한다. 이때, 온도조절기(320)는 배양액의 온도를 감지한 감지센서의 감지신호를 토대로 제어부가 발열체(322)의 발열을 제어하여 배양액의 온도를 조절하도록 구성된다.
상부체(400)는, 배양부(200)의 상부를 커버하기 위한 것이다. 즉, 덮개를 구비하여 배양수조(212) 및 배양조(214)의 상부에 기밀을 유지하여 결합된다. 덮개는 배양부(200)의 내부를 정비하거나, 이송 순환부(420)를 정비할 경우에 사용되며, 미세조류 및 배양액 등을 공급할 경우에도 사용된다. 이때, 덮개에는 압력 조절구(490)가 설치될 수 있다. 이 압력조절구(490)는 폭기장치(310)의 폭기 작동으로 배양수조(212)의 내부 압력이 과도하게 상승하지 않도록 압력을 조절하는 역할을 한다. 이러한 압력조절구(490)는 소정압력에서 개방되는 밸브로 구성될 수도 있고, 배양수조(212)의 내부를 대기와 연통시키는 공기배출관으로 구성될 수도 있다.
이와 같은 상부체(400)의 내부 저면에는 식물의 성장용 조명(410)이 설치되는데, 이 조명(410)은 미세조류의 광합성에 필요한 빛을 배양액에 조사하기 위한 것으로, 엘이디(LED)로 이루어지며, 제어부에 의해 제어된다. 제어부는 스피루리나를 포함하는 미세조류의 성장특성에 따라 조명(410)의 밝기와 조명시간 등을 제어한다.
전술한 바와 같이, 상부체(400)가 배양수조(212)와 배양조(214)의 상부에 기밀을 유지하여 결합되고, 하부체(300)가 상부체(400)가 배양수조(212)와 배양조(214)의 하부에 기밀을 유지하여 결합되므로, 배양수조(212)와 배양조(214)의 내부는 배양액이 누출되지 않도록 밀폐된 상태가 될 수 있다.
이송 순환부(420)는, 배양수조(212) 하부의 배양액을 상향으로 이송시킨 후 각 배양조(214)로 분배 공급하기 위한 것으로, 배양액이 배양수조(212)의 중앙에서 상향으로 이동한 후 상부에서 각 배양조(214)로 분배된 후 하향으로 이동하여 배양액을 전체적으로 상,하 방향으로 순환시키는 구조를 갖는 것이다. 이를 구체적으로 살펴본다.
이송 순환부(420)는, 배양수조(212)의 중앙에 수직으로 설치되는 내부 이송관(422B)과, 내부 이송관(422B)의 외측에 내부 이송관(422B)과 간격을 유지하여 결합되고 빛을 발생시켜 배양수조(212)의 내부로 조사하기 위한 식물 성장용 조명(422C)이 길이방향으로 따라 내장된 외부관(422D)으로 이루어진 이송부(422A)와, 내부 이송관(422B)의 상단에 결합되어 배양수조(212)의 하부 쪽 배양액을 상향으로 이송시키기 위한 이송펌프(424)와, 이송펌프(424)와 연결되어 이송펌프(424)에 의해 상향으로 이송된 배양액을 임시로 저장하여 각 배양조(214)로 분배하기 위한 임시 저장탱크(426)와, 일단이 임시 저장탱크(426)에 연통되도록 결합되고 타단은 배양조(212)의 상부에 위치하며 배양조(214)의 수와 대응되는 수로 이루어진 다수개의 분배관(428)을 포함하여 구성된다.
이러한 이송 순환부(420)의 각 분배관(428)들은 임시 저장탱크(426)에 방사형으로 배치되어 결합된다. 이는 임시 저장탱크(426)에 저장된 배양액을 각 배양조(214)에 균일하게 분배하기 위한 것이다.
그리고, 임시 저장탱크(426)의 바닥은 중앙에서 가장자리 쪽으로 경사지게 형성되고, 각각의 분배관(428)들은, 임시 저장탱크(426)에서 배양조(214)의 상부 쪽으로 경사지게 설치된다. 이러한 설치구조는, 임시 저장탱크(426)에 임시 수용되는 배양액이 별도 동력 없이 각각의 배양조(214)로 이동, 즉 각 배양조(214)로 흘러 내려가도록 하기 위한 것이다.
한편, 임시 저장탱크(426)의 내측 상부에는 이송펌프(424)에 의해 내부 이송관(422B)을 통하여 임시 저장탱크(426)으로 유입되는 배양액이 원활하게 각 분배관(426)으로 분배될 수 있도록 하고, 배양액 상층부에 거품 발생이 최소화되도록 하기 위한 우산 모양의 분배판(426A)이 설치된다. 다른 예로서, 전술한 분배판(426A)는 내부 이송관(422B)의 상단부에 결합될 수도 있다.
또한, 각각의 분배관(428)들은, 임시 저장탱크(426)에 수용된 배양액이 간섭없이 배양조(214)의 상부로 낙하하도록 타단이 하향으로 절곡 형성된다. 이러한 구조에 의해 임시 저장탱크(426)에서 분배된 배양액이 각 분배관(428)을 통하여 균일하게 분배됨은 물론, 튐 없이 원활하게 배양조(214)로 공급될 수 있는 것이다.
한편, 외부관(422D)에 길이방향으로 길게, 그리고 방사형으로 빛이 조사되도록 구비된 조명(422C)은 식물의 성장에 필요한 빛을 발생시키기 위한 엘이디(LED)로 구성되는 것으로, 투명한 외부관(422D)에 조명(422C)이 수직 방향으로 길게 구비됨으로써, 상부체(400)에 구비되는 조명(410)과 더불어 배양수조(212)의 중앙 쪽 미세조류의 광합성에 필요한 빛을 발생시키게 되고, 따라서 미세조류의 광합성이 원활하게 이루어질 수 있게 된다. 이때, 외부관(422D)에 구비되는 조명(410)은 제어부에 의해 제어된다. 즉, 제어부에 의해 미세조류의 종류에 따른 특성에 적합한 빛, 빛의 세기, 조명 시간 등이 제어될 수 있는 것이다.
이와 같이 구성된 자체 순환형 미세조류 광 배양장치(100)는, 다음과 같은 과정으로 배양액이 상,하 방향으로 순환하게 된다. 즉, 폭기장치(310)의 토출구(316)에 의해 폭기가 이루어지고, 온도 조절기(320)에 의해 배양액의 온도가 적정하게 조절되는 상태에서, 이송펌프(424)가 작동되면, 도 5에 도시된 바와 같이 배양수조(212)의 하부에 위치한 배양액이 내부 이송관(422B)를 통하여 상향으로 이송되어 임시 저장탱크(426)에 임시 저장된다. 임시 저장탱크(426)에 임시 저장된 배양액은 방사형으로 배치된 각 분배관(426)을 통하여 배양수조(212)를 중심으로 방사형으로 돌출 형성된 각 배양조(214)의 상부로 공급되어 낙하되고, 각 배양조(214)의 상부로 낙하된 배양액은 배양수조(212)의 하부로 순환하게 된다.
이와 같이, 배양부(200)에 수용된 배양액이 이송 순환부(420)에 의해 상,하부로 순환하게 됨으로써, 미세조류의 배양이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 배양부(200)에는, 순환하는 배양액에서 미세조류를 수확하기 위한 수확장치(600)가 구비된다.
수확장치(600)는, 배양부(200)의 임시 저장탱크(426)로부터 미세조류를 포함한 배양액이 분기 파이프(610)를 통하여 유입되는 수확공간(622)이 개폐도어를 구비하여 형성된 케이스(620)와, 바닥에 메쉬망(632)을 구비하여 수확공간(622)에 서랍식으로 설치되어, 통과되는 배양액으로부터 미세조류를 걸러 수확하기 위한 적어도 1개 이상의 서랍식 수확부재(630)와, 서랍식 수확부재(630)를 통과하면서 미세조류가 걸러진 배양액을 임시 저장하기 위한 잔여 배양액 탱크(640)와, 이송 펌프(652)와 회수관(654)를 구비하여 잔여 배양액 탱크(640)에 저장된 배양액을 다시 배양수조(212)로 이송시키기 위한 회수부(650)를 포함하여 구성된다.
이때, 잔여 배양액 탱크(640)의 내부에는 유브이(UV) 살균필터가 설치된다. 이 살균필터는 수확과정, 즉 수확공간(622)으로 유입될 수 있는 여러 오염원(세균 등)을 살균하기 위한 것이다. 또한, 잔여 배양액 탱크(640)에는 주입구를 형성하여, 배양액에 미세조류를 배양하는데 필요한 영양성분이나 새로운 배양액을 주입하도록 할 수 있다.
그리고, 서랍식 수확부재(630)는 4단으로 구성하며, 메쉬망(632)은 200- 230메쉬로 이루어진 것을 이용한다. 그러나 이에 국한되는 것은 아니고, 미세조류의 종류에 따라 메쉬망(632)의 눈 크기가 달라질 수 있다.
한편, 분기 파이프(610) 또는 수확공간(622)의 입구에는, 수동 또는 자동으로 개폐작동하여 미세조류를 포함하는 배양액이 선택적으로 수확공간(622)으로 유입되도록 하기 위한 제어밸브(616)가 설치된다. 이 제어밸브(616)를 개방하면, 배양액이 수확공간(622)으로 유입되고 닫으면 배양액의 유입이 차단된다.
이와 같은 구조의 수확장치(600)는, 제어밸브(616)가 개방되면, 임시 저장탱크(426)의 배양액이 분기 파이프(610)을 통하여 수확공간(622)으로 유입된 후 각 서랍식 수확부재(630)의 메쉬망(632)에 걸러지게 된다. 메쉬망(632)을 통과한 배양액은 잔여 배양액 탱크(640)에 임시 저장된 후 이송 펌프(652)에 의해 다시 배양수조(212)로 회수된다.
한편, 수확공간(622)를 통과하면서 서랍식 수확부재(630)의 메쉬망(632)에 걸러진 미세조류는 서랍식 수확부재(630)를 수확공간(622)에서 이탈시켜 별도의 장소에서 메쉬망(632)으로부터 수확할 수 있다. 그리고, 하나의 서랍식 수확부재(630)가 수확공간(622)에서 이탈(빼내어 지면)되면 다른 서랍식 수확부재(630)의 메쉬망(632)에 미세조류가 걸러지면서 수확되는 것이다.
이와 같이 배양액이 수확장치(600)를 순환하는 것만으로 배양액에 포함된 미세조류의 수확이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
첨부된 도면 중에서, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자체 순환형 미세조류 광 배양장치를 도시한 개략적 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 자체 순환형 미세조류 광 배양장치의 순환구조를 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 자체 순환형 미세조류 광 배양장치(100)는, 배양부(200)가 배양수조(212)를 기준으로 각각 독립적인 다수개의 배양관(280)이 방사형으로 배치되어 구성된 것을 제외하고는 전술한 실시예와 같다. 즉, 배양조(214) 대신에 다수개의 배양관(280)들이 방사형으로 배치된 것이다.
이를 보다 구체적으로 설명한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 중앙에는 배양수조(212)가 배치되고, 이 배양수조(212)의 주변에는 다수개의 배양관(280)들이 배치되며, 각 배양관(280)의 저면에는 각 배양관(280)의 상부에 배양액이 공급되도록 각 분배관(428)의 저면에 각 배양관(280)의 수에 대응하는 수의 공급단(428A)들이 각각 하향으로 돌출 형성된다.
이때, 각각의 배양관(280)은 불규칙적으로 배양수조(212)의 외측에 배치될 수도 있으나, 도 6에 도시된 바와 같이, 배양관(280)은 다수개가 한 조를 이루고, 각 조를 이루는 배양관(280)은 배양수조(212)를 기준으로 방사형으로 배치되며, 배양관(280)의 크기가 서로 같거나, 서로 다르게 형성되되, 다르게 형성되는 경우에 배양수조(212) 쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 커지게 구성될 수 있다.
이러한 구조는 외부의 빛이 배양수조(212) 및 배양수조(212)에 근접한 배양관(280) 쪽으로 용이하게 비춰지도록 하기 위한 것이다.
이와 같이 배양관(280)이 각각 독립적으로 다수개로 구성됨으로써, 배양관(280)을 통과하는 배양액의 미세조류는 광합성 작용이 보다 용이하고 활발하게 이루어질 수 있게 된다. 이를 극대화하기 위해서, 각 배양관(280)들 사이에 식물의 광합성에 필요한 빛을 발생시키는 조명(286)이 설치된다.
이상에서와 같이, 중앙에 위치한 배양수조(212)의 주변에 다수의 배양조(214) 또는 배양관(280)이 배치됨으로써 스피루리나를 포함하는 미세조류의 광합성과 자체 순환이 원활하게 이루어질 수 있고, 따라서 미세조류의 배양 효율 및 배양 수율이 향상될 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 자체 순환형 미세조류 광 배양장치
200 : 배양부 300 : 하부체
400 : 상부체 500 : 보호용 케이스
600 : 수확장치

Claims (10)

  1. 소정의 둘레와 높이를 갖고 빛이 투과하도록 된 배양수조의 중심을 기준으로 외부의 빛이 다양한 각도에서 중심부까지 골고루 도달하도록 다수개의 배양조가 상기 배양수조와 일체화되어 방사형으로 돌출 형성되거나, 상기 배양수조를 기준으로 각각 독립적인 다수개의 배양관이 방사형으로 배치되어, 배양액을 수용하고 순환시키도록 된 배양부;
    상기 배양수조에 수용된 배양액을 폭기하기 위한 폭기장치와, 배양액 온도를 조절하기 위한 온도조절기를 구비하고, 내부 바닥에는, 스피루리나를 포함하는 미세조류가 가장자리에서 상기 배양수조의 하부 중앙으로 모이도록 가장자리에서 중앙 쪽으로 기울어진 경사면이 형성되며, 상기 배양부의 하부에 결합되는 하부체; 및
    상기 배양수조 하부의 배양액을 상부로 이송시켜 임시 저장한 후 각각의 상기 배양조나 배양관으로 분배하여 상,하 방향으로 순환시키기 위한 이송 순환부를 구비하여 상기 배양부의 상부에 결합되는 상부체를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배양부는,
    상기 배양조와 일체화된 상기 배양수조 또는 상기 배양수조와 독립적으로 구성된 상기 배양관이 투시공을 구비한 금속체로 된 보호용 케이스 내부에 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배양수조와 배양관으로 구성되는 경우에,
    상기 배양관은 다수개가 한 조를 이루고, 각 조를 이루는 배양관은 상기 배양수조를 기준으로 방사형으로 배치되며, 상기 배양관의 크기가 서로 같거나, 서로 다르게 형성되되, 다르게 형성되는 경우에 상기 배양수조 쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 커지게 구성되는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폭기장치는,
    유입되는 공기를 소정의 압력으로 배출하기 위한 폭기부;
    외부 공기를 상기 폭기부로 공급하기 위한 외부 송풍기;
    상기 외부 송풍기를 통하여 상기 폭기부로 공급되는 외부 공기에 포함된 부유미생물, 먼지 및 습기를 여과하기 위한 공기 여과필터;
    상기 하부체의 바닥 중앙에 설치되어 공기나 이산화탄소 또는 공기와 이산화탄소를 토출하도록 상기 폭기부와 연결된 토출구; 및
    상기 폭기부의 내부 또는 상기 폭기부와 토출구를 연결하는 연결관에 연결되는 액화 이산화탄소 주입기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이송 순환부는,
    상기 배양수조 하부의 배양액을 상향으로 이송시키기 위한 내부 이송관과, 상기 내부 이송관의 외측에 상기 내부 이송관과 간격을 유지하여 결합되고 빛을 발생시켜 상기 배양수조의 내부 중앙에 조사하기 위한 식물 성장용 조명이 길이방향으로 내장된 외부관으로 이루어져 상기 배양수조의 중앙에 수직으로 설치되는 이송부;
    상기 내부 이송관의 상단에 결합된 이송펌프;
    상기 이송펌프와 연결되어 상기 이송펌프에 의해 상향으로 이송된 배양액을 임시로 저장하기 위한 임시 저장탱크; 및
    일단이 상기 임시 저장탱크에 연통되도록 결합되고 타단은 상기 배양조의 상부나 상기 배양관의 상부에 위치하며 상기 배양조나 배양관의 수와 대응되는 수로 이루어진 다수개의 분배관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 임시 저장탱크의 바닥은 중앙에서 가장자리 쪽으로 경사지게 형성되고, 상기 분배관은, 상기 임시 저장탱크에서 상기 배양조나 배양관의 상부 쪽으로 경사지게 설치되어, 상기 임시 저장탱크에 임시 수용되는 배양액이 별도 동력없이 각각의 상기 배양조나 배양관으로 이동하도록 된 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 분배관은,
    상기 임시 저장탱크에 수용된 배양액이 간섭없이 상기 배양조의 상부로 낙하하도록 타단이 하향으로 절곡 형성되거나, 상기 배양관이 독립적으로 다수개로 구성되는 경우에, 상기 분배관의 저면에는 각각의 상기 배양관의 상부에 배양액이 공급되도록 각 상기 배양관의 수에 대응하는 수의 공급단들이 각각 하향으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부체에는,
    식물 성장용 조명들이 설치되되, 상기 조명들은 상기 배양부에 수용되는 스피루리나를 포함하는 미세조류의 특성에 따라 빛의 밝기와 조명시간이 제어되는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양부에는,
    미세조류를 수확하기 위한 수확장치가 구비되되,
    상기 수확장치는,
    상기 배양부로부터 미세조류를 포함한 배양액이 분기 파이프를 통하여 유입되는 수확공간을 구비한 케이스;
    바닥에 메쉬망을 구비하여 상기 수확공간에 서랍식으로 설치되어, 통과되는 배양액으로부터 미세조류를 걸러 수확하기 위한 적어도 1개 이상의 서랍식 수확부재;
    상기 서랍식 수확부재를 통과하면서 미세조류가 걸러진 배양액을 임시 저장하기 위한 잔여 배양액 탱크; 및
    이송 펌프를 구비하여 상기 잔여 배양액 탱크에 저장된 배양액을 다시 상기 배양수조로 이송시키기 위한 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분기 파이프 또는 상기 수확공간의 입구에는,
    수동 또는 자동으로 개폐작동하여 배양액이 선택적으로 상기 수확공간으로 유입되도록 하기 위한 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는,
    자체 순환형 미세조류 광 배양장치.


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