KR101963415B1 - 클로렐라 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 클로렐라 제조장치에 관한 것으로, 온실 내에서 일조량을 풍부히 확보하는 한편, 배양액과 공기와의 접촉을 극대화하여 공기 중에 부유하는 클로렐라 종자와의 혼종을 유도함과 동시에 공기 중에 존재하는 영양원인 이산화탄소를 적극적으로 포획할 수 있도록 하여 영양학적으로 높은 가치가 있는 클로렐라를 대량으로 생산할 수 있도록 한 것이다.
이러한 본 발명은, 온실 내에 설치되어 클로렐라 배양액을 저수하면서 클로렐라 종자를 증식하는 증식부를 포함하되, 상기 증식부는, 클로렐라 종자를 증식시키기 위한 클로렐라 배양액을 저수하되 상부가 개방된 용기 형상의 저수조; 일단부는 상기 저수조에 연결되고 타단부는 상기 저수조의 개방된 상측을 향하도록 설치되어 상기 저수조에 저수된 배양액의 일부를 순환시키면서 온실 내부의 공기 중으로 분사함으로써 배양액 일부를 공기와 접촉시켜 회수할 수 있도록 한 순환관; 상기 순환관에 설치되어 배양액 일부를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 펌프;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

클로렐라 제조장치{CHLORELLA MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 클로렐라 제조장치에 관한 것으로, 특히 온실 내에서 일조량을 풍부히 확보하는 한편, 배양액과 공기와의 접촉을 극대화하여 공기 중에 부유하는 클로렐라 종자와의 혼종을 유도함과 동시에 공기 중에 존재하는 영양원인 이산화탄소를 적극적으로 포획할 수 있도록 하여 영양학적으로 높은 가치가 있는 클로렐라를 대량으로 생산하는데 적당하도록 한 클로렐라 제조장치에 관한 것이다.
클로렐라(chlorella)는 담수, 해수, 공기, 토양 등 다양한 생태계에서 생존하며 엽록소를 가지고 있어 햇빛으로부터 광합성에 필요한 에너지를 얻고 이산화탄소와 같은 무기물로부터 탄소원을 얻어 독립적으로 성장이 가능한 생물을 일컫는다.
클로렐라는 편모가 없어 운동력이 없고, 세포는 1개의 핵과 컵 모양의 엽록체로 이루어지며, 성장한 세포는 특이한 세포 분열을 통해 빠르게 증식하고, 보통 4개의 딸세포가 내생포자를 형성하고 있으며, 피레노이도사(Pyrenoidosa), 불가리스(Bulgaris), 엘립소이데아(Ellipsoidea) 등 현재 약 10여종이 알려져 있다.
이러한 클로렐라는 5대 영양소를 비롯한 40여 가지의 영양소를 모두 함유하고 있을 뿐만 아니라, 광합성 능력도 우수하여 엽록소가 일반 채소류보다 10배나 많고, 현대인에게 결핍되어 있는 미네랄(mineral), 비타민 등이 다량 함유되어 있어 신체 영양의 균형을 맞추어 주고, 면역력 강화, 중금속 배출, 다이옥신 흡수 억제 등에 대한 뛰어난 효과가 있다. 게다가, 클로렐라는 알칼리성 식품으로서 육류나 곡류 등의 과다섭취로 인한 산성 체질을 알칼리성 체질로 변화시켜 주어 체내의 이온 밸런스의 균형을 유지해 주는 유용한 기능을 한다.
이같은 클로렐라는 종류와 배양법에 따라 함유되는 영향성분이 다양하며 배양법을 달리하여 기능성이 다른 클로렐라를 생산할 수도 있다. 또한 배지의 성분을 다양하게 하여 인공 배지에서 클로렐라를 생산할 수 있으며 최근에는 배양법을 특징적으로 하여 성장촉진 인자가 많은 클로렐라를 생산하기도 한다.
종래에는 클로렐라를 제조하는 경우 세심하게 관리된 무균의 담수를 기반으로 하는 배양액에 클로렐라 종자를 투입하여 증식시키는 방법으로 이루어졌다. 그러다보니 클러렐라 종자와 담수를 관리하는 과정이 무척 까다로울 수밖에 없었고, 클로렐라의 탄소영양원인 이산화탄소를 비롯하여 각종 영양분들을 공급하고 이들을 신속히 혼합하는 것에도 어려움이 있었다. 이는 고품질의 클로렐라를 대량으로 생산하는데 큰 장애물들로 작용하였다.
한국등록특허공보 제1168140호(2012.07.17.)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 온실 내에서 일조량을 풍부히 확보하는 한편, 배양액과 공기와의 접촉을 극대화하여 공기 중에 부유하는 클로렐라 종자와의 혼종을 유도함과 동시에 공기 중에 존재하는 영양원인 이산화탄소를 적극적으로 포획할 수 있도록 하여 영양학적으로 높은 가치가 있는 클로렐라를 대량으로 생산하는데 적당하도록 한 클로렐라 제조장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 클로렐라 제조장치는, 온실 내에 설치되어 클로렐라 배양액을 저수하면서 클로렐라 종자를 증식하는 증식부를 포함하되, 상기 증식부는, 클로렐라 종자를 포함하는 클로렐라 배양액을 저수하되 상부가 개방된 용기 형상의 저수조; 일단부는 상기 저수조에 연결되고 타단부는 상기 저수조의 개방된 상측을 향하도록 설치되어 상기 저수조에 저수된 배양액의 일부를 순환시키면서 온실 내부의 공기 중으로 분사함으로써 배양액 일부를 공기와 접촉시켜 회수할 수 있도록 한 순환관; 상기 순환관에 설치되어 배양액 일부를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 펌프;를 구비하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 순환관의 타단부는 분사되는 배양액이 상기 저수조에 저수된 배양액의 둘레부를 향하여 분사되도록 절곡되어 상기 저수조에 저수된 배양액이 파동을 일으키면서 소용돌이치도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 클로렐라 배양액은 지하수를 기반으로 조성되며, 상기 저수조에는 지하수를 공급하는 지하수 공급관이 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배양액을 조성할 때 지하수에 인산이수소칼륨(KH2PO4)과 식초를 첨가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 지하수 공급관에는 지하수 일부를 우회시킨 후 다시 합류시키는 우회관이 설치되고, 상기 우회관에는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 지하수에 균일하게 혼합하기 위한 액상 혼합기가 더 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 액상 혼합기는, 지하수를 초미립자 상태의 무상수로 변환하여 분무하는 분무헤드; 상기 분무헤드로부터 분무되면서 속도가 낮게 형성되는 무상수를 보다 높은 속도로 송출하는 원심팬이 구비된 상변환모듈; 선단부가 상변환모듈과 연통되어 상기 상변환모듈로부터 송출되는 무상수를 공급받으며 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 유로를 형성하는 돌출부가 구비되어 이송 중인 초미립자 상태의 무상수에 대하여 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액이 협소해진 유로에서 보다 증가된 속도로 접촉할 수 있도록 한 본체관; 첨가제 탱크와 연결되어 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받으며 상기 본체관의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 상기 본체관의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부에 의해 협소하게 형성된 본체관의 유로를 향해 공급받은 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 분사하는 분사노즐과; 상기 본체관의 선단부 내부에 구비되어 상기 상변환모듈의 원심팬으로부터 송출되는 무상수를 회오리바람의 형태로 송출함으로서 상기 본체관 내부로 공급되는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액과 원활한 혼합이 이루어질 수 있도록 한 축류팬; 첨가제 탱크와 연결되어 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받은 후 상기 본체관으로 배출하는 내관과, 상기 내관을 이격되게 둘러싸서 보온하는 외관과, 상기 내관의 내부에서 내관의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되고 히터를 내장하여 상기 내관의 내부를 경유하는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 가열하는 가열봉과, 상기 가열봉의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관의 내부를 나선 형태로 경유하도록 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 안내하면서 접촉하여 가열하는 가열핀으로 이루어진 히팅모듈;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 증식부에는, 상기 저수조에 저수된 배양액을 실시간 촬영하는 카메라와, 상기 저수조에 저수된 배양액의 색상을 감지하는 컬러센서와, 상기 증식부에서 클로렐라 종자를 증식시키는 과정에서 상기 컬러센서에서 감지된 배양액의 색상이 설정된 색상 범위 이상으로 진한 녹색인지 설정된 색상 범위보다 연한 색상인지 여부를 판단하는 제어기가 더 포함되어, 상기 제어기가 배양액의 색상이 설정된 색상 범위 이상으로 진한 녹색이 된 것으로 판단하면 지하수를 보충해주고, 설정된 색상 범위보다 연한 색상이 된 것으로 판단하면 배양액에 포도당을 추가 투입할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 카메라가 전달하는 화상 데이터로부터 배양액의 표면에 형성되는 거품의 평균 입경이 설정된 기준 크기 이상이 되면 배양액에 지하수가 부족한 것으로 판단하여 지하수를 추가적으로 보충할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 증식부에서 클로렐라 종자의 증식이 완료된 클로렐라 원액을 채취한 후 일정 이상 수분을 제거하여 클로렐라 녹반을 제조하는 녹반제조부; 상기 녹반제조부에서 제조된 클로렐라 녹반을 클로렐라 원액으로 희석하여 일정 농도 이상의 클로렐라 농축액을 제조하는 농축액제조부; 상기 농축액제조부에서 제조된 클로렐라 농축액을 저장용기에 포장하는 포장부; 클로렐라 농축액을 저장용기에 수용한 상태로 급속냉동하여 보관하는 급속냉동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 클로렐라 제조장치는, 온실 내에서 일조량을 풍부히 확보한 상태에서 배양액과 공기와의 접촉을 극대화하여 공기 중에 부유하는 클로렐라 종자와의 혼종을 유도함과 동시에 공기 중에 존재하는 영양원인 이산화탄소를 적극적으로 포획할 수 있도록 하여 영양학적으로 높은 가치가 있는 클로렐라를 대량으로 생산하는데 유리하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치의 전체 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 증식부의 구성을 설명하기 위한 참조단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 증식부 순환관의 작용을 설명하기 위한 참조평면도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 증식부에 포함된 동작 관련 구성을 설명하기 위한 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 액상 혼합기의 사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 액상 혼합기의 단면도
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 액상 혼합기의 작용 및 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 클로렐라 제조장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<실시예>
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치의 전체 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치는, 클로렐라 배양액(W)을 저수하면서 클로렐라 종자를 증식하는 증식부(A10)를 비롯하여 증식부(A10)에서 클로렐라 종자의 증식이 완료되면 클로렐라 원액을 채취한 후 일정 이상 수분을 제거하여 클로렐라 녹반을 제조하는 녹반제조부(A20)와, 녹반제조부(A20)에서 제조된 클로렐라 녹반을 클로렐라 원액을 이용하여 희석하여 일정 농도 이상의 클로렐라 농축액을 제조하는 농축액제조부(A30)와, 농축액제조부(A30)에서 제조된 클로렐라 농축액을 저장용기에 포장하는 포장부(A40)와, 클로렐라 농축액을 저장용기에 수용한 상태로 급속냉동하여 보관하는 급속냉동부(A50)를 포함하여 이루어진다.
이같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치는, 상기 증식부(A10)가 클로렐라 배양액(W)과 공기와의 접촉을 극대화하면서 배양액(W)과 혼합되어 있는 클로렐라 종자와 공기 중에 부유하고 있는 클로렐라 종자와의 혼종을 유도하고 공기 중에 존재하는 탄소영양원인 이산화탄소를 적극적으로 포획할 수 있도록 구성된다. 이로써, 영양학적으로 높은 가치가 있는 클로렐라를 대량으로 생산하는 것이 가능해진다.
이하, 상기 증식부(A10)를 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에 대해 더 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 증식부의 구성을 설명하기 위한 참조단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 증식부 순환관의 작용을 설명하기 위한 참조평면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 증식부에 포함된 동작 관련 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
상기 증식부(A10)는 전술된 것처럼 온실(H) 내에 설치되어 클로렐라 배양액(W)을 저수하면서 클로렐라 종자를 증식하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 증식부(A10)는 저수조(110)와, 지하수 공급관(121) 및 순환관(122)과, 액상 혼합기(130)와, 카메라(140)와, 컬러센서(150) 및 제어기(160)로 이루어진다.
상기 저수조(110)는 태양광이 투과하는 온실(H) 내에서 클로렐라 배양액(W)을 저수하며 상부가 개방된 용기 형상으로 형성된다. 여기서 상기 저수조(110)는 반드시 상부가 개방된 것으로 구비되어야 하는데, 이는 저수된 배양액(W)이 온실(H) 내 공기(A)에 그대로 노출되도록 하기 위함이다.
상기 저수조(110)에는 지하수를 공급하는데 필요한 지하수 공급관(121)이 연결되며, 저수된 배양액(W) 중 일부를 펌프(123)의 동력을 순환시켜주는 순환관(122)도 설치된다. 여기서 상기 순환관(122)은 일단부(122a)가 저수조(110)의 하단부에 연결되고 타단부(122b)는 저수조(110)의 개방된 상측을 향하도록 설치된다. 이로써 저수조(110)에 저수된 배양액(W)의 일부를 순환시키면서 온실 내부의 공기 중으로 분사함으로써 배양액(W) 일부를 공기와 접촉시켜 회수할 수 있게 된다. 이렇게 저수된 배양액(W) 중 일부가 공기와 접촉된 후 회수되도록 구성되면 공기 중에 존재하는 클로렐라 종자와 이산화탄소를 포획하여 저수조(110)에 저수된 배양액(W)으로 합류시킬 수 있게 된다. 그러면 공기 중에서 포획된 클로렐라 종자와 배양액(W)에 존재하던 클로렐라 종자 간 혼종이 이루어지고, 공기 중에서 포획된 이산화탄소는 클로렐라 종자의 생성 및 증식을 위해 필수적인 탄소영양원의 역할을 한다.
나아가, 상기 순환관(122)의 타단부(122b)는 저수조(110)의 상측에서 절곡되어 도 3에 도시된 것처럼 저수조(110)에 저수된 배양액(W)의 중심부가 아닌 둘레부를 향하여 순환하는 배양액을 분사할 수 있도록 한다. 이같은 구성에 따르면 1차적으로 공기(A) 중에서 분사된 배양액이 저수조(110)에 저수된 배양액(W)과 충돌할 때 파동이 일어나고, 2차적으로 저수조(110)에 저수된 배양액(W)이 나선형으로 회전하여 소용돌이치도록 하여 저수된 배양액(W)의 표층부와 심층부 모두에서 배양액(W)과 그 내부에 혼합되어 있는 클로렐라 종자 간 교반이 매우 원활하게 이루어지면서 클로렐라 종자의 균일한 분포를 통한 활발한 증식이 가능해진다. 여기서 단순히 교반작업만 생각한다면 저수조(110) 내부에 교반날개를 설치하는 지극히 일반적인 구성도 생각할 수 있지만 그보다는 위와 같은 구성을 통해 교반날개에 소요되는 비용을 절약하는 것은 물론 본 발명에서 필요로 하는 장점을 극대화하도록 하였다는 점에 중요한 의미가 있다. 즉, 배양액(W) 일부를 공기 중으로 분사하면서 교반 기능도 갖도록 하면, 교반기능 뿐만 아니라 배양액(W)과 공기(A) 간 접촉을 유도하여 공기 중에 존재하는 클로렐라 종자와 탄소영양원인 이산화탄소를 공기(A)로부터 적극적으로 포획할 수 있도록 했다는 점에서 기술적으로 중요한 의미가 있다.
여기서, 상기 저수조(110)에 저수되는 배양액(W)은 자연 상태의 지하수를 기반으로 하여 클로렐라 증식에 필요한 양분과 배지 환경 조성을 위한 첨가제를 첨가하여 마련되는 것이 바람직하다. 자연 상태에서 얻어진 대부분의 지하수는 자체적으로 클로렐라 종자를 포함하고 있기 때문에 별도로 구입 및 보관하고 있던 클로렐라 종자를 사용하지 않아도 본 발명의 제조장치에 의해 지하수에 포함된 클로렐라 종자와 공기 중에 포함된 클로렐라 종자 간 혼종에 의해 더 많은 수의 클로렐라 종자를 생성하고 이를 증식하여 클로렐라를 대량으로 제조하는 것이 가능하다. 이것은 본 발명에 의한 클로렐라 제조장치가 갖는 독특한 장점이라 할 수 있는 것이다. 한편, 지하수에 자연 상태로 존재하는 클로렐라 종자의 양이 충분하지 않은 경우라 할지라도 별도로 구입 및 보관하고 있는 클로렐라 종자를 지하수를 기반으로 하는 배양액(W)에 혼합하여 증식시키면 되는데, 이 경우에도 배양액(W)과 공기와의 활발한 접촉을 통해 클로렐라를 대량으로 생산하는데 매우 유리하다고 할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 클로렐라 제조장치에 의하면 클로렐라 종자를 별도로 구입 및 보관하고 있는 것으로 이용할지, 아니면 지하수 자체에 존재하는 클로렐라 종자만을 이용하여 공기 중에 존재하는 클로렐라 종자와 혼종시킴으로써 클로렐라 종자 새롭게 생성할 것인지 상황에 맞게 선택이 가능하다는 장점이 있다. 선택이 어떠하든지 두 경우 모두 식용 및 농업용으로 사용 가능한 고품질의 클로렐라 원액 및 농축액까지 대량으로 생산할 수 있는 것이다.
상기 배양액(W)의 조성을 위해서는 클로렐라 종자의 생성 및 증식에 필요한 양분과 첨가제를 첨가해야 하는데, 상기 지하수에 첨가하는 첨가제로서는 인산이수소칼륨(KH2PO4)과 식초가 적당하다. 상기 인산이수소칼륨은 인과 칼륨을 시작으로 해서 만들어진 화합물로서 비료, 음식 첨가제, 완충제 등으로써 자주 사용되는 수용성 염을 일컬으며, 제1인산칼륨이라고 불린다. 또한, 상기 식초는 현미로 지은 밥에 누룩과 물을 넣어 자연 발효시킨 현미식초를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 인산이수소칼륨, 식초는 각각 지하수 1,000L에 대하여 50 내지 300g, 1 내지 3L의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.
한편 위 방법과 달리 지하수 1,000L에 대하여 황산마그네슘(MgSO4) 50 내지 300g과 효모가 살아 있는 생막걸리 1 내지 3L를 첨가하는 것도 가능하며, 이를 통해 혼종에 의한 클로렐라 종자 생성 및 증식이라는 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
이후, 배양액(W)을 숙성하기 위해서 배양액(W)을 25 내지 35도의 온도를 유지하면서 바람직하게는 12 내지 36시간동안, 보다 바람직하게는 24시간동안 숙성시켜준다. 그리고 배양액(W)에 클로렐라 종자의 양분으로 사용될 포도당을 투여한 후 7 내지 10일 동안 25 내지 35도의 온도를 유지한다. 그러면서 순환관(122)과 펌프(123)를 이용하여 배양액(W) 일부를 공기(A) 중으로 분사한 후 회수하는 방식으로 순환시켜 공기(A)와 배양액(W)의 접촉을 극대화시켜준다. 이처럼 배양액(W)을 공기(A) 중으로 분사하여 지하수(W)와 공기(A)의 접촉이 활발하게 이루어지도록 한 것은 공기(A) 중에 존재하는 클로렐라와 지하수에 존재하는 클로렐라의 혼종을 유도하기 위해서이기도 하지만 공기(A) 중에 탄소영양원인 이산화탄소를 포획하기 위함이기도 하다는 점은 이미 설명된 바 있다.
상기 액상 혼합기(130)는 지하수 일부를 우회시킨 후 다시 합류시키도록 설치된 우회관(P1)에 설치되어 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액(혹은 황산마그네슘과 생막걸리의 혼합액)을 지하수에 보다 균일하게 혼합하는 역할을 한다. 상기 액상 혼합기(130)에 대해서는 차후 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 카메라(140)는 상기 저수조(110) 상부에 설치되어 저수된 배양액(W)을 실시간 촬영하는 역할을 하며, 상기 컬러센서(150)는 상기 저수조(110)에 저수된 배양액(W)의 색상을 감지하는 역할을 한다. 여기서 상기 컬러센서(150)는 빛의 색깔, 즉 광 에너지의 스펙트럼 강도를 검출하기 위하여 필터를 사용하여 삼원색으로 분류하고 색깔을 별개의 광 검출기로 측정하는 방법과 슬릿을 통과한 빛을 회절 격자에 의해서 스펙트럼으로 나누고, 그것을 CCD 카메라(140)에 의해서 전기 신호로 검출하는 방법 중 어느 한 방법에 의해 배양액(W)의 색상을 감지하도록 하면 된다. 이같은 컬러센서(150)의 기술은 이미 공지된 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이같은 카메라(140)와 컬러센서(150)가 구비되면 상기 증식부(A10)에서 클로렐라 종자를 증식시키는 과정에서 상기 컬러센서(150)에서 감지된 배양액(W)의 색상이 설정된 색상 범위 이상으로 진한 녹색인지, 설정된 색상 범위보다 연한 색상인지 여부를 제어기(160)가 판단할 수 있게 되며, 제어기(160)는 배양액(W)의 색상이 설정된 색상 범위 이상으로 진한 녹색이 된 것으로 판단하면 지하수 공급관(121)의 밸브를 개방하여 새로운 지하수를 보충해주고, 설정된 색상 범위보다 연한 색상이 된 것으로 판단하면 배양액(W)에 포도당을 추가 투입할 수 있도록 관리자에게 통보한다.
한편, 상기 제어기(160)는 상기 카메라(140)가 전달하는 화상 데이터로부터 배양액(W)의 표면에 형성되는 거품의 평균 입경이 설정된 기준 크기 이상이 되면 배양액(W)에 지하수가 부족한 것으로 판단하며, 이같은 판단에 따라 지하수 공급관(121)의 밸브를 개방하여 지하수를 추가적으로 보충할 수 있도록 한다.
이처럼 상기 카메라(140), 컬러센서(150), 제어기(160)가 구비되면 클로렐라 종자의 생성 및 증식과정에서 지하수 및 포도당의 양을 획일적으로 보충하는 것이 아니라 배양액(W)의 색상을 보다 세분화하여 단계별로 설정해두고 그 기준에 따라 보충하는 양을 세밀하게 조절하는 것이 가능해진다.
계속해서 아래에서는 지하수에 대하여 인산이수소칼륨 및 식초 혼합액(또는 황산마그네슘과 생막걸리의 혼합액)의 균일한 혼합을 위한 용도로 개발된 독창적인 구성의 액상 혼합기(130)에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이를 통해 지하수에 대한 인산이수소칼륨 및 식초 혼합액의 균일한 혼합이 이루어지면서 더욱 활발한 클로렐라 증식이 이루어진다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 액상 혼합기의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 액상 혼합기의 단면도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 클로렐라 제조장치에서 액상 혼합기의 작용 및 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도이다.
도시된 것처럼 액상 혼합기(130)는 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼, 본체관(10)과, 분사노즐(20)과, 상변환모듈(30)과, 적상모듈(40)과, 히팅모듈(50)을 포함하여 이루어진다.
상기 본체관(10)은 상변환모듈(30)에서 초미세 입자화된 지하수인 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 함께 공급받아 강하게 접촉 및 혼합시키면서 1차 혼합하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 본체관(10)은 선단부가 상변환모듈(30)과 연통되어 상기 상변환모듈(30)로부터 송출되는 지하수의 무상수를 공급받을 수 있도록 함과 동시에 첨가제 탱크와 연결되어 상기 분사노즐(20)로부터 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액도 공급받는다. 배관 형태를 갖는 몸체 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 벤츄리관 형태의 유로를 형성하는 돌출부(11)가 구비된다. 이같은 돌출부(11)는 도 7에서 볼 수 있는 것처럼 지하수의 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액이 벤츄리 효과에 의해 상대적으로 협소해진 유로(10a)에서 보다 증가된 속도로 흐르면서 서로 강하게 접촉할 수 있도록 유도한다. 또한, 상기 돌출부(11) 내부에는 삼방밸브(60)의 제1공급관(62)을 통해 첨가제 탱크와 연결되어 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받아 임시 저장하는 챔버(11a,11b)가 형성되고, 상기 돌출부(11) 중 유로가 협소하게 형성된 지점에 대응하는 중간 지점의 내주면에는 상기 챔버(11a,11b)로부터 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받아 분사하는 제1분사홀(11c)이 내주면 둘레방향을 따라 다수 형성되며, 상기 돌출부(11) 중 후단부 지점에는 상기 챔버(11a,11b)로부터 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받아 분사하는 제2분사홀(11d)이 후단부 둘레방향을 따라 다수 형성된다. 이로써, 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 분사노즐(20)만 아니라 보다 다양한 지점에서 동시다발적으로 공급할 수 있게 되어 무상수와 보다 효과적으로 접촉할 수 있게 된다. 특히 돌출부(11) 중간 지점에 형성된 제1분사홀(11c)을 통해 분사되는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액이 가장 빠른 속도로 흐르고 있는 무상수와 격렬하게 접촉할 수 있도록 하는 것에 반해, 돌출부(11) 후단부 지점에 형성된 제2분사홀(11d)을 통해 분사되는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액은 상대적으로 느린 속도로 흐르고 있는 무상수와 차분하게 접촉할 수 있도록 하였다. 이같이 다양성을 가미한 구성에 의하여 지하수의 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액 간 혼합 및 접촉의 효과를 높이고 그에 따른 혼합 품질을 초기부터 높은 수준으로 끌어올릴 수 있게 된다.
또한 상기 본체관(10)의 선단부 내부에는 상변환모듈(30)의 원심팬(32)으로부터 송출되는 지하수의 무상수를 도 8과 같이 회오리바람의 형태로 송출하는 축류팬(12)이 더 구비된다. 이같은 축류팬(12)이 구비되어 작동하게 되면 도 7에서 볼 수 있는 것처럼 벤츄리 효과에 의해 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액의 유동속도가 빠르게 형성되면서 서로 강력한 접촉이 이루어지는 것과 함께 도 8에서 볼 수 있는 것처럼 무상수가 강력한 회오리바람의 형태로 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액과 혼합되는 복합적인 작용이 일어난다. 따라서 초미세 입자 상태의 지하수인 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액 간 접촉 및 혼합, 그에 따른 초기의 혼합이 매우 신속하면서도 효과적으로 일어나게 된다. 참고로 상기 축류팬(12)은 최근 가정에서 사용되고 있는 에어서큘레이터에 채용된 팬과 동일한 형태의 것으로 마련하면 충분하다.
상기 분사노즐(20)은 상기 본체관(10) 내부에서 무상수의 흐름방향과 일치하게 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 분사노즐(20)은 삼방밸브(60)의 제2공급관(63)을 통해 첨가제 탱크와 연결되어 액상의 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받으며 본체관(10)의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 본체관(10)의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부(11)에 의해 협소하게 형성된 유로를 향하도록 형성된다. 여기서 상기 분사노즐(20)은 도 6에서 볼 수 있는 것처럼 본체관(10)의 벽체로부터 중심선까지 형성된 제1노즐부(21)와 상기 제1노즐부(21)로부터 본체관(10)의 중심선을 따라 연장되어 그 끝단이 돌출부(11)에 의한 협소한 유로(10a)에 까지 근접하게 형성된 제2노즐부(22)로 이루어진다. 이같은 분사노즐(20)은 돌출부(11)에 의한 협소한 유로(10a) 인근에서 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 지하수의 무상수 흐름방향으로 일치하게 분사하면서 무상수의 유동속도를 가속화하는데 도움을 주게 된다. 이로써 본체관(10)의 돌출부(11) 중간 지점의 협소한 유로(10a)에서 보다 빠른 속도로 지하수의 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액이 접촉하는데 크게 기여한다.
상기 상변환모듈(30)은 우회관(P1)을 통해 공급받은 지하수를 초미세 입자 형태의 무상으로 변환하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 상변환모듈(30)은 플랜지를 구비하여 상기 우회관(P1)과 본체관(10) 중간에서 연통되는 배관 형태의 몸체를 갖고 내부에는 우회관(P1)을 통해 이송되는 지하수를 무상수로 변환하여 분무하는 분무헤드(31)를 구비한다. 이같은 분무헤드(31)는 물분무 소화설비에 적용되는 분무헤드(31)(노즐)를 그대로 채용될 수 있으나, 내부식성 및 내구성을 강화한 것으로 개량하여 적용되는 것이 바람직하다. 이처럼 우회관(P1)부터 공급받은 지하수를 그대로 사용하지 않고 초미세 입자 형태의 무상수로 변환하게 되면 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액과 접촉할 수 있는 접촉면적을 획기적인 수준으로 넓게 확보할 수 있게 되어 고품질의 혼합이 가능하다는 점에서 매우 중요하다.
또한, 상기 상변환모듈(30) 내부에는 분무헤드(31)로부터 분무되면서 속도가 낮게 형성되는 무상수를 보다 높은 속도로 송출하는 원심팬(32)이 구비된다. 축류팬(12)의 경우 무상수를 밀어 송출하는데 특화된 기능을 가지고 있다면 상기 원심팬(32)은 분무헤드(31)의 설치로 인한 저항을 이겨내면서 속도가 낮아진 상태로 생성된 무상수를 끌어내어 상기 원심팬(32)까지 송출하는데 적합하다고 할 수 있다. 본 발명에서는 이처럼 원심팬(32)과 축류팬(12)을 인근에 나란히 직렬 배치함으로써 양자 간 장점을 극대화할 수 있도록 하였다.
상기 적상모듈(40)은 상기 본체관(10)을 거치면서 1차 혼합이 이루어진 지하수의 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액이 혼합된 최종 혼합물을 공급받아 물방울 형태의 적상으로 만들면서 서로 간의 혼합품질을 극대화하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 적상모듈(40)은 배관 형태의 몸체에 의해 본체관(10)의 후단부에 연결되어 상기 본체관(10)을 경유한 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액이 혼합된 최종 혼합물을 공급받으며, 내부에는 유로를 차단하는 형태로 다수의 미세공이 형성된 그릴(41,42,43)(grill)이 이격을 두고 직렬로 복수 배치된다. 도면에 따르면 세 개의 그릴(41,42,43)이 배치된 것으로 도시되었는데 이같은 구성에 의하면 최종 혼합물이 상기 그릴(41,42,43)에 의해 형성된 그릴층을 통과할 때마다 수축 및 팽창을 반복하면서 지하수에 대한 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액의 혼합품질을 점진적으로 높일 수 있게 되며, 최종 혼합물이 각각의 그릴(41,42,43)을 통과할 때마다 그릴(41,42,43) 뒤쪽에 형성된 이격공간(44a,44b,44c)에서는 난류 형태의 유동까지 일어나면서 지하수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액 간 혼합이 더욱 활발하게 이루어지게 된다.
상기 히팅모듈(50)은 본체관(10)에 공급되는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 중간에서 신속히 가열하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 히팅모듈(50)은 인입구(52a)와 인출구(52b)를 구비하여 첨가제 탱크로부터 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받은 후 삼방밸브(60)의 인입배관(61)을 통해 본체관(10)으로 배출하는 내관(51)과, 상기 내관(51)을 이격되게 둘러싸서 보온하는 외관(52)과, 상기 내관(51)의 내부에서 내관(51)의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되고 히터를 내장하고 있어서 내관(51)의 내부를 경유하는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 가열하는 가열봉(53)과, 상기 가열봉(53)의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관(51)의 내부를 나선 형태로 경유하도록 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 안내하면서 접촉하여 가열시켜주는 가열핀(54)을 구비한다.
이같은 히팅모듈(50)의 구성에 의하면 공급되는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액의 온도를 신속히 높일 수 있게 되어 본체관(10) 내부에서 지하수의 무상수와 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액 간 혼합이 더 높은 온도 분위기에서 이루어질 수 있도록 한다.
전술된 액상 혼합기(130)를 통해 만들어진 최종 혼합물은 지하수 공급관(121)을 통해 공급되는 지하수를 통해 그대로 배양액(W)에 합류하면서 보다 빠른 속도로 배양액(W) 전체에 확산되어 클로렐라 종자의 생성과 증식에 효과적으로 기여하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
A10 : 증식부 A20 : 녹반제조부
A30 : 농축액제조부 A40 : 포장부
A50 : 급속냉동부 H : 온실
110 : 저수조 121 : 지하수 공급관
122 : 순환관 123 : 펌프
130 : 액상 혼합기 140 : 카메라
150 : 컬러센서 160 : 제어기

Claims (10)

  1. 온실 내에 설치되어 클로렐라 배양액을 저수하면서 클로렐라 종자를 증식하는 증식부를 포함하되, 상기 증식부는, 클로렐라 종자를 증식시키기 위한 클로렐라 배양액을 저수하되 상부가 개방된 용기 형상의 저수조; 일단부는 상기 저수조에 연결되어 저수된 배양액의 일부를 분리하여 순환시킬 수 있도록 하며, 타단부는 저수조의 개방된 상측에서 분리된 배양액을 저수조의 개방된 상측에서 공기 중으로 분사함으로써 배양액 일부를 공기와 접촉시켜 회수할 수 있도록 한 순환관; 및 상기 순환관에 설치되어 배양액 일부를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 펌프;를 구비하며,
    상기 저수조에는 지하수를 공급하는 지하수 공급관이 연결되어 상기 클로렐라 배양액은 지하수를 기반으로 조성하되 상기 배양액을 조성할 때 지하수에 인산이수소칼륨(KH2PO4)과 식초를 첨가하며,
    상기 지하수 공급관에는 지하수 일부를 우회시킨 후 다시 합류시키는 우회관이 설치되고, 상기 우회관에는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 지하수에 균일하게 혼합하기 위한 액상 혼합기가 더 설치되며, 상기 액상 혼합기는, 지하수를 초미립자 상태의 무상수로 변환하여 분무하는 분무헤드와, 상기 분무헤드로부터 분무되면서 속도가 낮게 형성되는 무상수를 보다 높은 속도로 송출하는 원심팬이 구비된 상변환모듈; 선단부가 상변환모듈과 연통되어 상기 상변환모듈로부터 송출되는 무상수를 공급받으며 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 유로를 형성하는 돌출부가 구비되어 이송 중인 초미립자 상태의 무상수에 대하여 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액이 협소해진 유로에서 보다 증가된 속도로 접촉할 수 있도록 한 본체관; 첨가제 탱크와 연결되어 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받으며 상기 본체관의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 상기 본체관의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부에 의해 협소하게 형성된 본체관의 유로를 향해 공급받은 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 분사하는 분사노즐; 상기 본체관의 선단부 내부에 구비되어 상기 상변환모듈의 원심팬으로부터 송출되는 무상수를 회오리바람의 형태로 송출함으로서 상기 본체관 내부로 공급되는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액과 원활한 혼합이 이루어질 수 있도록 한 축류팬; 및 첨가제 탱크와 연결되어 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 공급받은 후 상기 본체관으로 배출하는 내관과, 상기 내관을 이격되게 둘러싸서 보온하는 외관과, 상기 내관의 내부에서 내관의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되고 히터를 내장하여 상기 내관의 내부를 경유하는 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 가열하는 가열봉과, 상기 가열봉의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관의 내부를 나선 형태로 경유하도록 인산이수소칼륨 및 식초의 혼합액을 안내하면서 접촉하여 가열하는 가열핀으로 이루어진 히팅모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 클로렐라 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순환관의 타단부는 분사되는 배양액이 상기 저수조에 저수된 배양액의 둘레부를 향하여 분사되도록 절곡되어 상기 저수조에 저수된 배양액이 파동을 일으키면서 소용돌이치도록 한 것을 특징으로 하는 클로렐라 제조장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 증식부에는, 상기 저수조에 저수된 배양액을 실시간 촬영하는 카메라와, 상기 저수조에 저수된 배양액의 색상을 감지하는 컬러센서와, 상기 증식부에서 클로렐라 종자를 증식시키는 과정에서 상기 컬러센서에서 감지된 배양액의 색상이 설정된 색상 범위 이상으로 진한 녹색인지, 설정된 색상 범위보다 연한 색상인지 여부를 판단하는 제어기가 더 구비되어,
    상기 제어기가 배양액의 색상이 설정된 색상 범위 이상으로 진한 녹색이 된 것으로 판단하면 지하수를 보충해주고, 설정된 색상 범위보다 연한 색상이 된 것으로 판단하면 배양액에 포도당을 추가 투입할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 클로렐라 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 카메라가 전달하는 화상 데이터로부터 배양액의 표면에 형성되는 거품의 평균 입경이 설정된 기준 크기 이상이 되면 배양액에 지하수가 부족한 것으로 판단하여 지하수를 추가적으로 보충할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 클로렐라 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 증식부에서 클로렐라 종자의 증식이 완료되면 클로렐라 원액을 채취한 후 일정 이상 수분을 제거하여 클로렐라 녹반을 제조하는 녹반제조부;
    상기 녹반제조부에서 제조된 클로렐라 녹반을 클로렐라 원액으로 희석하여 일정 농도 이상의 클로렐라 농축액을 제조하는 농축액제조부;
    상기 농축액제조부에서 제조된 클로렐라 농축액을 저장용기에 포장하는 포장부; 및
    클로렐라 농축액을 저장용기에 수용한 상태로 급속냉동하여 보관하는 급속냉동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클로렐라 제조장치.
  10. 삭제
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