KR102002542B1 - 미세조류 연속 배양 장치 및 이를 포함하는 미세조류 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세조류 연속 배양 장치 및 이를 포함하는 미세조류 공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배양액이 담겨지는 순환 탱크; 상기 배양액이 내부에서 순환하며 미세조류가 배양되는 배양 모듈; 상기 배양부와 상기 순환 탱크를 연결하는 연결 라인; 상기 연결 라인에 배치되어 배양액을 이송하는 펌프; 및 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 배양 모듈은, 광투과성 재질로 형성되며 소정의 길이 및 내경을 갖는 복수 개의 수평관이 상하로 나란하게 배열되는 배양부, 및 상기 배양부의 길이 방향 양단에 배치되어 상기 복수 개의 수평관을 상하로 연결하는 타워부를 포함하며, 상기 연결 라인은, 상기 순환 탱크와 상기 타워부의 하부 사이를 연결하는 공급 연결관, 및 상기 타워부의 상부와 상기 순환 탱크 사이를 연결하는 회수 연결관을 포함하고, 상기 펌프는 상기 공급 연결관에 구비되어 상기 순환 탱크 내의 배양액이 상기 공급 연결관을 통과하여 상기 배양 모듈로 전달되도록 하여, 상기 배양 모듈 내에서 배양액이 중력 방향의 반대 방향으로 순환하여 하부에 위치한 수평관부터 순차적으로 충진되도록 하는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

Description

미세조류 연속 배양 장치 및 이를 포함하는 미세조류 공급 시스템{CONTINUOS INCUBATING APPARATUS FOR MICROALGAE AND SYSTEM FOR SUPPLYING OF MICROALGAE HAVING THESAME}

본 발명은 미세조류 연속 배양 장치 및 이를 포함하는 미세조류 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 최적의 배양 환경을 지속적으로 제공하여 생산 효율을 향상시킨 미세조류 연속 배양 장치 및 미세조류 배양액을 작물에 직접 공급할 수 있는 미세조류 공급 시스템에 관한 것이다.

클로렐라 등의 미세조류는 광합성을 하는 수중 미생물로 각종 수산생물의 생산 과정에서 먹이생물로 이용되며, 그 외 각종 건강 식품 소재, 바이오 연료, 하수처리 등의 용도로도 활용되고 있다. 특히, 최근에는 유용미생물을 활용한 친환경 유기농법이 각광받는 과정에서, 클로렐라를 이용한 친환경 농법이 개발되어 작물의 품질, 저장성, 수량을 증대시키고 중금속, 잔류농약을 경감시켜서 주목받고 있다.

하지만 이러한 효과를 얻기 위해서는 고품질의 클로렐라를 지속적으로 배양하고, 적정농도로 희석하고, 정량을 주기적으로 살포해야 하는데, 이를 관리하기는 매우 까다롭다. 현재 클로렐라를 농업에 이용하고자 하는 농업인들은 클로렐라를 자가 배양하거나 소량씩 분양받아 작물에 살포하는데, 배양 효율이 매우 떨어지고, 보관 중 오염이 발생하거나 살포시기를 놓치는 등 실질적인 이용에 많은 어려움을 겪고 있다. 더욱이, 클로렐라 살포가 효과를 얻기 위해서는 고품질의 배양액을 적정 농도로 희석하고, 일정 간격으로 살포가 이뤄져야 하는데, 농민이 이를 모두 관리하기가 실질적으로 불가능하다.

또한, 클로렐라 배양액을 작물에 살포하기 위해서는 분무기 등 별도의 장비가 필요하여 농가의 부담으로 작용하고 있다.

최근에는 이러한 미세조류의 생산을 위해 각종 대량 배양 설비가 개발되고 있으나, 기존의 미세조류 배양 설비는 큰 면적을 필요로 하며, 배양 밀도 또한 매우 낮아서 단위면적 당 생산 효율이 떨어지고 생산 및 설치, 유지, 관리 비용과 많은 노동력이 소요되는 문제가 있었으며, 농업분야에 최적화된 배양장치는 없는 실정이다. 아울러, 계절 변화에 따른 적정 온도 유지가 어려워서 생산 효율이 일정하지 않은 문제도 있었으며, 특히, 배양액을 작물 재배지에 직접 공급하는 시스템은 전무한 실정이다.

이에, 이러한 문제점을 해결하고 미세조류의 연속 생산이 가능하며 생산단가를 낮출 수 있는 미세조류 연속 배양 장치 및 적정 농도의 미세조류를 별도의 노동력 없이 직접 작물 재배지에 공급할 수 있는 미세조류 공급 시스템의 개발이 필요하다.

특허문헌: 한국 공개특허 제10-2013-0128869호(2013.11.27)

본 발명의 과제는, 미세조류의 배양 밀도를 높일 수 있고, 최적의 배양 환경을 지속적으로 제공하여 생산 효율을 향상시킨 미세조류 연속 배양 장치 및 이를 포함하는 미세조류 공급 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배양액이 담겨지는 순환 탱크; 상기 배양액이 내부에서 순환하며 미세조류가 배양되는 배양 모듈; 상기 배양부와 상기 순환 탱크를 연결하는 연결 라인; 상기 연결 라인에 배치되어 배양액을 이송하는 펌프; 및 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 배양 모듈은, 광투과성 재질로 형성되며 소정의 길이 및 내경을 갖는 복수 개의 수평관이 상하로 나란하게 배열되는 배양부, 및 상기 배양부의 길이 방향 양단에 배치되어 상기 복수 개의 수평관을 상하로 연결하는 타워부를 포함하며, 상기 연결 라인은, 상기 순환 탱크와 상기 타워부의 하부 사이를 연결하는 공급 연결관, 및 상기 타워부의 상부와 상기 순환 탱크 사이를 연결하는 회수 연결관을 포함하고, 상기 펌프는 상기 공급 연결관에 구비되어 상기 순환 탱크 내의 배양액이 상기 공급 연결관을 통과하여 상기 배양 모듈로 전달되도록 하여, 상기 배양 모듈 내에서 배양액이 중력 방향의 반대 방향으로 순환하여 하부에 위치한 수평관부터 순차적으로 충진되도록 하는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

또한, 바이패스 라인;를 더 포함하되, 상기 바이패스 라인은, 바이패스 밸브, 및 일 단이 상기 순환 탱크에 연결되고, 타단이 상기 바이패스 밸브에 연결되는 바이패스 유로를 포함하되, 상기 바이패스 밸브는, 상기 펌프의 후방의 상기 공급 연결관의 일 위치 내지 상기 배양 모듈의 일 위치에 위치하는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 회수 연결관은, 전단이 상기 배양 모듈의 상단에 연결되며, 후단이 상기 순환 탱크에 연결되되, 상기 회수 연결관의 적어도 일 부분은 상기 배양부의 위치보다 높은 위치로 소정 길이 연장된 후 하방으로 연장되어, 역 U 자형 관부가 마련되는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 타워부는, 복수 개의 수평관부 사이의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되어 상하 공간을 구분하는 격벽부를 포함하여, 상기 배양액이 상기 수평관에 충진되는 방향이 1 회 이상 전환되는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 배양액의 온도를 조절하는 온도 조절부; 를 더 포함하며, 상기 온도 조절부는, 상기 배양 모듈 내의 배양액의 온도를 감지하는 온도 감지 센서, 및 상기 배양액의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절용 소자를 포함하며, 상기 제어부는 상기 온도 감지 센서에서 감지한 배양액 온도를 이용하여 상기 온도 조절용 소자를 작동시키는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 순환 탱크에 연결되며 내부에 버퍼액이 담겨지는 버퍼 탱크;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 순환 탱크의 미세조류 밀도를 감지하여 소정의 기준 이상의 밀도가 감지되면 상기 버퍼액을 상기 순환 탱크에 공급하는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 배양부 내의 미세조류에 배양광을 제공하는 광 제공부를 더 포함하고, 상기 광 제공부는, 상기 배양 모듈 외측에 배치되는 소정의 벽체, 및 상기 벽체에 설치되며 소정의 파장의 광을 생성하는 복수 개의 발광 소자를 포함하는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

또한, 복수 개의 상기 발광 소자는 나란히 배열되는 상기 수평관의 중앙 부분에 위치되는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 광 제공부는 상기 배양 모듈의 일측에 제공되어 태양광을 상기 배양 모듈을 향해 반사시키는 반사 수단을 포함하는 미세조류 연속 배양 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 상술한 미세조류 연속 배양 장치; 및 상기 미세조류 연속 배양 장치와 연결되어 농작물의 생육지에 상기 미세조류를 공급하는 공급용 수단;을 더 포함하는 미세조류 공급 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 순환 탱크에 연결되며, 상기 순환 탱크로부터 제공되는 미세조류 배양액을 제공받아 희석시키는 공급 탱크를 더 포함하고, 상기 공급용 수단은 상기 공급 탱크에 연결되어 상기 공급 탱크에서 희석된 미세조류 배양액을 농작물의 생육지에 공급하는 미세조류 공급 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 순환 탱크와 상기 공급 탱크를 연결하는 연결 유로; 및 상기 연결 유로에 제공되어 상기 연결 유로를 선택적으로 개방하는 공급 조절 밸브를 더 포함하고, 상기 공급 탱크는 상기 순환 탱크의 배양액이 중력에 의해 유입될 수 있도록 상기 순환 탱크보다 낮은 높이를 가지며, 상기 제어부는 상기 순환 탱크의 미세조류 밀도를 감지하여 소정의 기준 이상의 밀도가 감지되면 상기 공급 조절 밸브를 개방하여 배양액을 상기 공급 탱크로 유입시키는 미세조류 공급 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 순환 탱크 및 상기 공급 탱크에 정수를 공급하는 정수 공급부를 더 포함하는 미세조류 공급 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 미세조류 연속 배양 장치는 미세조류의 생장에 최적의 환경을 지속적으로 제공하며, 단위면적 당 미세조류 생산 효율을 향상시키고 계절 및 환경 변화에 관계 없이 높은 미세조류 생산 효율을 유지할 수 있다.

또한, 수평관과 수직관을 갖는 배양 모듈의 구조에 따라서, 배양액이 중력 방향의 반대 방향으로 순환함으로써, 배양 모듈 내에 배양액이 완전히 충진될 수 있으며, 충분히 유동하며 배양이 이루어질 수 있다.

아울러, 배양액의 온도, 유동 속도, 산소 농도, 배양액 농도, 및 배양액 내부의 미세조류의 밀도를 적절히 조절함으로써 미세조류의 생산 효율이 일정하게 유지될 수 있다.

아울러, 배양 모듈 내의 수평관을 연결하는 수직관 내부에는 격벽부가 구비됨으로써, 배양액의 충진 방향이 1 회 이상 전환되어, 배양액의 지그재그 형태로 순환할 수 있다. 이에 따라서, 일 측에만 미세조류가 밀집되어 배양되는 것이 방지될 수 있다. 아울러, 단순히 수직관 내부에 격벽부를 마련하는 간단한 구조만으로 배양액의 순환 방향을 전환시킬 수 있으므로, 설비의 설치 비용이 절감될 수 있다.

또한, 바이패스 라인을 구비함에 따라서 미세조류의 밀도가 높아진 경우 배양액 및 미세조류가 우회하여 순환할 수 있으므로, 장치의 운영 안정도 및 미세조류의 생장 효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 미세조류 공급 시스템은, 공급지의 환경을 파악하여 미세조류의 공급 여부를 판단함으로써, 필요에 따라서 정확하게 미세조류를 공급지에 공급할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 연속 배양 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2 는 도 1의 배양 모듈 내의 구조와, 그에 의한 미세조류 및 배양액의 유동을 나타낸 도면이다.
도 3 은 도 1의 바이패스 라인, 및 그에 의한 미세조류 및 배양액의 유동을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 연속 배양 장치를 포함하는 미세조류 공급 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세조류 연속 배양 장치를 포함하는 미세조류 공급 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 은 본 발명에 따른 미세조류 연속 배양 장치의 구조를 나타낸 도면이며, 도 2 는 본 발명에 따른 미세조류 연속 배양 장치의 배양 모듈(200) 내의 구조와, 그에 의한 미세조류 및 배양액의 유동을 나타낸 도면이다. 아울러, 도 3 은 본 발명에 따른 미세조류 연속 배양 장치의 바이패스 라인(700), 및 그에 의한 미세조류 및 배양액의 유동을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 연속 배양 장치(10)는, 배양액이 담겨지는 순환 탱크(100); 배양액이 내부에서 순환하며 미세조류가 배양되는 배양 모듈(200); 배양 모듈(200)과 순환 탱크(100)를 연결하는 연결 라인(300); 연결 라인(300)에 배치되어 배양액을 이송하는 펌프(400); 배양 모듈(200) 내의 미세조류에 배양광을 제공하는 광 제공부(500); 펌프(400)의 작동을 제어하는 제어부(600)를 포함한다. 아울러, 일 실시예에 따르면, 미세조류 연속 배양 장치(10)는 바이패스 라인(700), 온도 조절부(800)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서는, 미세조류로서 클로렐라가 제공되는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다.

순환 탱크(100)는 소정의 용적을 갖는 탱크(tank)로 구성되며, 내부에 미세조류의 인공 배양을 위한 소정의 종균과 물, 및 영양염 등 각종 성분이 혼합되어 충진된다. 순환 탱크(100)는 최초 종균을 접종하는 곳으로서, 배양이 시작되면 배양액이 배양 모듈(200)을 돌아 순환 탱크(100)로 회수되고, 다시 순환 탱크(100)로부터 배양 모듈(200)로 공급될 수 있다. 순환 탱크(100)는 소정의 개폐 구조, 또는 분리 가능한 구조를 가져서 미세조류가 증식한 배양액을 외부로 배출하거나 공급할 수 있다. 일 예에 의하면, 도 4 에 도시된 바와 같이, 순환 탱크(100)와 연결되는 소정의 배출 관로(110) 및 노즐(120)이 더 구비될 수 있으며, 순환 탱크(100) 내에 배양된 미세조류를 농작물 등에 공급, 살포하는 구성을 가질 수 있다.

순환 탱크(100)의 내부에는 배양액이 전체적으로 잘 섞일 수 있고, 미세조류가 특정 부분에 집중되는 것을 방지하기 위한 혼합 수단(미도시)이 더 제공될 수 있다. 일 예로, 혼합 수단은 순환 탱크(100)의 일측에 제공되는 모터 및 모터에 연결되어 회전되는 임펠러 등으로 구성될 수 있다.

배양 모듈(200)는 미세조류가 태양광 및/또는 광 제공부에서 보조적으로 제공되는 광에 의해 실질적으로 광합성을 통해 증식되는 공간을 제공하는 것으로서, 배양부(210), 및 타워부(220)를 포함할 수 있다.

배양부(210)는, 미세조류의 배양이 이루어지는 공간으로서, 광투과성 재질로 형성되며 소정의 길이 및 내경을 갖고 양 단이 개방된 복수 개의 수평관(212)이 상하로 소정 거리만큼 이격되며 서로 평행하게 배열되는 구성을 갖는다. 예컨대, 배양부(210)를 구성하는 수평관(212)은 투광성 아크릴 재질로 구성될 수 있다.

타워부(220)는 복수 개의 수평관(212)을 양 측에서 상하로 연결하여 소정의 높이에서 지지할 수 있다. 타워부(220) 또한 배양부(210)와 동일하게 광투과성 재질로 형성될 수 있다.

타워부(220)는 소정의 높이 및 내경을 갖는 복수 개의 수직관을 포함한다. 수직관은 배양부(210)의 길이 방향 양단에 각각 배치되는 제1 수직관(222), 및 제2 수직관(224)을 포함할 수 있다. 제1 수직관(222), 및 제2 수직관(224) 사이에 수평관(212)이 배치되며, 제1 수직관(222), 및 제2 수직관(224)은, 수평관(212)과 연결되는 부분 홀이 형성되어, 제1 및 제2 수직관(222, 224)과 수평관(212)은 서로 내부 공간이 연통될 수 있다.

타워부(220)를 구성하는 수직관 내에는 소정의 격벽부(230)가 구비될 수 있다. 격벽부(230)는 수평관(212)이 연결되는 복수 개의 홀 사이 위치 중 어느 하나 이상의 위치에 배치되어, 격벽부(230)의 상하 공간을 구분할 수 있다. 격벽부(230)는 제1 수직관(222), 및 제2 수직관(224) 중 적어도 하나에 하나 이상 마련된다. 아울러, 제1 수직관(222) 및 제2 수직관(224)이 모두 격벽부(230)를 가질 경우에는, 서로 상이한 높이 위치에 격벽부(230)가 마련된다. 격벽부(230)가 구비됨에 따라서, 배양액의 유동 방향이 1회 이상 전환되어 지그재그 형태의 유동이 이루어질 수 있으며, 상세한 사항은 후술한다.

연결 라인(300)은, 공급 연결관(310), 및 회수 연결관(320)을 포함한다.

공급 연결관(310)은, 순환 탱크(100)와 타워부(220)의 하부 사이를 연결한다. 예컨대, 공급 연결관(310)은 타워부(220)를 구성하는 일 수직관의 하단에 연결될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시된 바와 같이, 제1 수직관(222)의 하단에 연결될 수 있다.

회수 연결관(320)은 타워부(220)의 상부와 순환 탱크(100) 사이를 연결한다. 예컨대, 회수 연결관(320)은 타워부(220)를 구성하는 일 수직관의 상단에 연결될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시된 바와 같이, 제1 수직관(222)의 상단에 연결될 수 있다.

바람직하게는, 타워부(220)의 상단과, 회수 연결관(320)이 서로 연결되는 부분은, 배양부(210)의 위치보다 높은 위치로 소정 길이 연장된 후 하방으로 연장됨으로써 역U 자형 형상을 갖는, 역 U 자형 관부(S)를 갖는다. 예컨대, 도 1 에 도시된 바와 같이, 제1 수직관(222)의 상단이 최상단에 위치한 수평관(212)을 넘어서 소정의 높이만큼 연장된 후, 만곡되어 하방향으로 연장되는 구성을 가질 수 있다. 따라서, 배양액이 역 U 자형 관부(S)의 상단에 도달하기 전에 펌프(400)가 작동을 정지하도록 하면, 배양액이 배양 모듈(200) 내에 충진된 상태를 그대로 유지하며 미세조류의 배양이 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 역류방지 밸브(330)가 구비될 수 있다. 예컨대, 역류방지 밸브(330)는 도 1 에 도시된 바와 같이, 공급 연결관(310)에 구비되어, 미세조류 배양액이 역류하는 것을 방지할 수 있다.

펌프(400)는 배양액을 순환시키는 동력을 제공한다. 펌프(400)는 공급 연결관(310)에 구비되어 순환 탱크(100) 내의 배양액이 공급 연결관(310)을 통과하여 배양 모듈(200)로 전달되도록 한다. 따라서, 펌프(400)가 작동하면, 배양 모듈(200) 내에서 배양액이 공급 연결관(310)을 통과하여 배양 모듈(200)로 전달되며, 배양 모듈(200)를 통과한 배양액은 회수 연결관(320)을 통과하여 순환 탱크(100) 내로 다시 복귀하게 되며, 이 과정은 연속적으로 반복된다. 펌프(400)는 후술하는 제어부(600)에 의해서 제어될 수 있으며, 배양액의 유동 속도 등을 가변시킬 수 있다.

이때, 공급 연결관(310)은 수직관의 하단에 연결되어 있고, 회수 연결관(320)은 수직관의 상단에 연결되어 있으므로, 배양액이 배양 모듈(200)로 공급될 때, 배양액은 중력 방향의 반대 방향으로 순환하여 하부에 위치한 수평관(212)부터 순차적으로 충진되면서 유동이 원활하게 이뤄질 수 있다.

광 제공부(500)는 배양 모듈(200) 내의 미세조류에 배양광을 제공한다. 이때, 광 제공부(500)는 태양광에 대해 보조적으로 광을 제공하는 것일 수 있으며, 밤 또는 광량이 부족한 흐린날에 작동될 수도 있다. 바람직하게는, 광 제공부(500)는, 배양 모듈(200) 외측에 배치되는 소정의 벽체(510), 및 벽체(510)에 설치되며 소정의 파장의 광을 생성하는 복수 개의 발광 소자(520)를 포함할 수 있다. 도 1 에서는 도시의 편의상 벽체(510)가 배양 모듈(200)의 상측에 제공되는 천장인 것을 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다.

이때, 복수 개의 발광 소자(520)는 나란히 배열되는 수평관(212)의 중앙 부분에 위치되어 효율을 최대화할 수 있다.

또한, 광 제공부(500)는 배양 모듈(200)의 일측에 제공되어 태양광을 배양 모듈(200)을 향해 반사시키는 반사 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 벽체(510)는 배양 모듈(200)의 측벽을 형성할 수 있으며, 반사 수단은 측벽에 마련될 수 있다.

발광 소자(520)는 미세조류의 배양에 적합한 소정의 파장의 광을 생성할 수 있다. 발광 소자(520)는 예컨대 소정의 LED 일 수 있다.

다만, 이에 반드시 한정하는 것은 아니며, 광 제공부(500)는 다양한 형태로 구성되어 광을 제공할 수 있다. 예컨대 소정의 지붕 형태를 가져서 하방향으로 광을 조사하거나, 또는 아래에서 상방향으로 광을 조사할 수도 있으며, 수평관(212)과 나란하게 설치되어 광을 조사할 수도 있다.

이와 같은 광 제공부(500)는 미세조류 배양장치(100)가 실외에 설치되어 태양광에 의한 미세조류 배양이 가능한 경우에는 선택적으로 구동되거나, 선택적으로 제공될 수도 있다.

본 실시예에서와 같이 미세조류가 클로렐라인 경우, 광 제공부(500)에서는 2500Lux 이상의 적색광 및 청색광을 제공할 수 있으며, 이때, 배양액은 pH 5~7, 이산화탄소 농도 10% 이상의 조건을 가질 수 있다.

제어부(600)는 사용자의 신호에 따라서 본 발명에 따른 미세조류 연속 배양 장치를 작동시키는 소정의 제어 수단이다. 제어부(600)는 펌프(400), 광 제공부(500), 및 후술하는 바이패스 라인(700), 온도 조절부(800), 버퍼 탱크(900) 등과 연결되어 그 작동을 제어할 수 있다.

바이패스 라인(700)는 배양액의 유동 경로를 우회시키는 장치로서, 바이패스 밸브(710), 및 바이패스 유로(720)를 포함한다.

바이패스 밸브(710)는 개폐 방향이 가변되어 배양액의 유동 경로를 가변시키는 가변 밸브이다. 바이패스 밸브(710)는 제어부(600)에서 전달되는 신호에 의해서 작동할 수 있다. 바이패스 밸브(710)는 공급 연결관(310) 또는 배양 모듈(200)의 일 위치에 배치되되, 펌프(400)보다 후단에 위치하도록 배치될 수 있다. 한편, 바이패스 밸브(710)는 하나 외에 복수 개가 구비될 수 있으며, 각각 상이한 위치에 배치될 수 있다.

바이패스 유로(720)는 소정의 유로로 구성되며, 일 단이 순환 탱크(100)에 연결되고, 타단이 바이패스 밸브(710)에 연결된다. 바이패스 유로(720)는 바이패스 밸브(710)의 수에 대응하여 여러 개가 구비되거나, 또는 하나의 바이패스 유로(720)가 복수개의 분기로를 가질 수 있다.

예컨대, 도 3을 참조하면, 바이패스 밸브(710)가 작동하지 않을 때에는, 배양액은 통상적으로 화살표 L 과 같이 바이패스 밸브(710)로 유동한 후, 화살표 M 과 같이, 공급 연결관(310) 및 배양 모듈(200)를 통과하게 된다. 그러나, 바이패스 밸브(710)가 작동하면, 화살표 N 과 같이, 배양액은 펌프(400)를 지난 후, 바이패스 밸브(710)가 배치된 소정의 위치에서 바이패스 유로(720)를 통과하여 순환 탱크(100)로 회수되게 된다.

바이패스 라인(700)가 구비됨에 따라서, 배양액이 배양 모듈(200)의 일 부분까지 충진되도록 한 후, 다시 순환 탱크(100)로 복귀되도록 할 수 있다. 즉, 배양 모듈(200)의 하부 부분에만 배양액이 충진되도록 할 수 있다. 이에 따라서, 예컨대 배양 모듈 내의 미세조류의 밀도가 지나치게 높아지거나, 또는 부분적으로 파손이 발생할 경우, 바이패스 라인을 통해 배양 탱크로 미세조류가 순환하여 순환 탱크(100) 내로 회수되도록 함으로써, 배양액 및 미세조류의 순환이 정지하거나 또는 유출되는 사고를 방지할 수 있다.

온도 조절부(800)는 배양액의 온도를 조절할 수 있도록 구비된다.

온도 조절부(800)는, 배양 모듈(200) 내의 배양액의 온도를 감지하는 온도 감지 센서, 및 배양액의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절용 소자를 포함할 수 있다. 온도 감지 센서는 예컨대 순환 탱크(100), 배양 모듈(200), 또는 연결 라인(300)의 일 위치에 배치될 수 있으며, 배양액의 온도를 감지할 수 있는 소정의 센서로 구성될 수 있다.

온도 조절용 소자는 예컨대 소정의 펠티어 소자를 포함할 수 있으며, 이에 반드시 한정하는 것은 아니다. 온도 조절용 소자 또한, 순환 탱크(100), 배양 모듈(200), 또는 연결 라인(300)의 일 위치에 구비될 수 있으며, 특정한 위치에 한정하지 않는다.

상기와 같은 온도 조절부(800)는, 예컨대 최하단의 수평관(212)에 구비될 수 있다. 최하단의 수평관(212)에는 비교적 상시 배양액 및 미세조류가 충진되어 있으므로, 온도 조절에 유리할 수 있다. 다만, 이에 반드시 한정하는 것은 아니며, 임의의 위치에 추가적으로, 또는 대체적으로 온도 조절부(800)가 배치될 수도 있다.

제어부(600)는 온도 감지 센서에서 감지한 배양액 온도를 이용하여 온도 조절용 소자를 작동시킬 수 있다. 따라서, 배양액의 온도가 미세조류의 배양에 적합한 온도를 유지할 수 있다.

한편, 다른 예로, 온도 조절부(800)는 광 제공부(500)의 작동을 제어하는 소정의 제어부로 구성될 수도 있다. 예컨대, 광 제공부(500)에 구비된 발광 소자(520)의 일부분의 작동을 정지시킴으로써 배양 온도를 낮추는 등의 작동 제어를 수행할 수도 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 공급 시스템의 버퍼 탱크(900), 및 순환 탱크(100)와 순환 탱크(100)로부터 외부로 미세조류가 공급되는 것을 나타낸 도면이다.

버퍼 탱크(900)는 순환 탱크(100)에 연결되며 내부에 버퍼액이 담겨지는 소정의 저장용 탱크이다. 버퍼액은 배양액과 같은 성분이거나, 또는 배양액이 섞이지 않은 소정의 담수 등일 수 있다. 버퍼 탱크(900)와 순환 탱크(100)는 소정의 펌프 및 밸브를 갖는 연결 관로를 통해 연결될 수 있다.

제어부(600)는 순환 탱크(100)의 미세조류 밀도를 감지하여 소정의 기준 이상의 밀도가 감지되면 연결 관로의 밸브를 개방하고 펌프를 작동시켜서, 버퍼 탱크(900) 내부의 버퍼액을 순환 탱크(100)에 공급할 수 있다. 따라서, 배양액 내의 미세조류의 밀도가 일정 수준을 유지하도록 하여, 배양액 및 미세조류의 순환이 용이하게 이루어지며, 미세조류의 생장이 최적의 상태를 유지하도록 할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 미세조류 연속 배양 장치 내의 미세조류를 외부로 공급할 때에는, 제어부(600)에서 제어 신호를 보내서, 순환 탱크(100)와 연결되는 소정의 배출 관로(110)에 구비된 펌프를 작동시켜서, 배출 관로(110)에 구비된 노즐(120)을 통해 순환 탱크(100) 내에 배양된 미세조류를 농작물 등에 공급, 살포할 수 있다.

한편, 소정의 기체 공급 장치(미도시)가 더 구비될 수도 있다. 기체 공급 장치(미도시)는 공급 연결관(310), 또는 순환 탱크(100) 등에 연결될 수 있으며, 배양액에 대해 산소, 및 이산화탄소 등을 공급하여 미세조류의 생장에 필요한 산소 및 이산화탄소 등이 일정하게 공급되도록 할 수 있다.

도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세조류 공급 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 미세조류 공급 시스템은 공급 탱크(1000) 및 정수 공급부(1100)를 포함할 수 있다.

공급 탱크(1000)는 순환 탱크(100)에서 제공되는 배양액을 희석하여 배출 관로(110)로 배출할 수 있는 것으로서, 내부에 미세조류 희석액을 저장할 수 있다.

공급 탱크(1000)는 순환 탱크(100)의 하부에 연결될 수 있으며, 특별한 동력 수단 없이 중력에 의해 순환 탱크(100)에 저장되어 있던 배양액이 유입될 수 있도록 순환 탱크(100)의 하단부보다 공급 탱크(1000)의 상단부가 더 낮은 높이에 위치되고, 순환 탱크(100)의 하단부와 공급 탱크(1000)의 상단부가 연결 유로(130)로 연결될 수 있다.

연결 유로(130)에는 공급 조절 밸브(150)가 제공될 수 있다. 공급 조절 밸브(150)는 제어부(600)의 제어에 따라, 또는 사용자에 의한 조작에 의해 연결 유로(130)를 선택적으로 개방할 수 있다. 구체적으로, 순환 탱크(100)에서 배양되어 있는 미세조류의 농도가 기 설정된 범위보다 높아지는 경우, 제어부(600)는 공급 조절 밸브(150)를 개방하여 순환 탱크(100)로부터 공급 탱크(1000)로 배양액 일부가 이동되도록 할 수 있다.

한편, 정수 공급부(1100)는 외부의 급수원으로부터 정수된 물을 제공받거나 내부에 저장된 물을 정수할 수 있는 소정의 정수 처리 장치를 구비하여, 순환 탱크(100) 및 공급 탱크(1000)로 정수된 물을 공급할 수 있다. 이를 위해 정수 공급부(1100)와 순환 탱크(100) 및 공급 탱크(1000)를 연결하는 정수 공급 유로(1110)와, 정수 공급 유로(1110) 상에 제공되는 펌프와, 정수 공급 유로(1110) 상에 배치되어 정수를 분배하는 분배 밸브(1120)가 제공될 수 있다. 본 실시예에서는 분배 밸브(1120)가 3상 밸브인 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다.

구체적으로, 순환 탱크(100)에 저장된 배양액의 미세조류 농도가 높아지면 상술한 것처럼 일부를 공급 탱크(1000)로 이동 시키고, 정수 공급부(1100)로부터 정수 공급 유로(1110)를 통해 정수가 공급될 수 있다. 이때, 분배 밸브(1120)는 정수 공급부(1100)로부터 제공되는 정수가 순환 탱크(100)로 이동되도록 절환될 수 있다.

또한, 공급 탱크(1000)로 미세조류가 공급되면 정수 공급부(1100)로부터 정수가 공급되어 미세조류 배양액이 희석될 수 있다. 구체적으로, 공급 조절 밸브(150)가 개방되어 농도가 높은 미세조류 배양액이 공급 탱크(1000)로 공급되면, 제어부(600)는 이와 동시에 또는 순차적으로 펌프 및 분배 밸브(1120)을 제어하여 정수가 공급 탱크(1000)로 공급되도록 하여, 공급 탱크(1000) 내의 배양액을 희석시킬 수 있다.

이때, 공급 탱크(1000)의 내부에는 배양액이 전체적으로 잘 섞일 수 있고, 미세조류가 특정 부분에 집중되는 것을 방지하기 위한 혼합 수단(미도시)이 더 제공될 수 있다. 일 예로, 혼합 수단은 순환 탱크(100)의 일측에 제공되는 모터 및 모터에 연결되어 회전되는 임펠러 등으로 구성될 수 있다.

공급 탱크(1000)에서 희석된 미세조류 배양액은 상술한 것처럼 배출 관로(110) 및 노즐(120)을 통해 농작물에 공급될 수 있다.

또한, 공급 탱크(1000) 및 정수 공급부(1100)에도 상술한 기체 발생 장치가 연결될 수도 있다.

이하에서는 도 2 를 참조하여, 배양 모듈(200)의 구조에 따른 미세조류 및 배양액의 유동에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

타워부(220)는 제1 수직관(222)과, 제2 수직관(224)을 포함할 수 있다. 제1 수직관(222)의 하단은 공급 연결관(310)과 연결된다. 제1 수직관(222)과 제2 수직관(224) 사이에는 복수 개의 수평관(212)이 연결되어 있다.

제1 수직관(222)과 제2 수직관(224)에는 소정의 격벽부(230)가 구비되어 있다. 격벽부(230)는 수평관(212)이 연결되는 복수 개의 홀 사이 위치 중 어느 하나 이상의 위치에 배치되어, 상하 공간을 구분할 수 있다. 아울러, 제1 수직관(222)과 제2 수직관(224)내에 구비된 격벽부(230)는 서로 상이한 수직 방향 높이 위치를 가질 수 있다.

상기와 같은 구성을 가짐에 따라서, 공급 연결관(310)을 통해 먼저 제1 수직관(222)으로 배양액이 전달되며, 수평관(212)에 도달하면 수평관(212)을 통해서 제2 수직관(224) 방향으로 배양액이 유동한다. 이에 따라서, 하부에 위치한 수평관(212)부터 순차적으로 배양액이 충진되게 된다.

이어서, 제1 수직관(222)에 마련된 격벽부(230)가 배치된 위치까지 충진이 이루어지면, 배양액의 유동이 격벽부(230)에 의해서 차단되어 화살표 A 와 같이 유동하며, 격벽부(230) 위의 수평관(212)부터는 제2 수직관(224)에서 제1 수직관(222) 방향으로 배양액이 유동하게 된다. 이어서 배양액이 제2 수직관(224)에 구비된 격벽부(230)까지 도달하면, 배양액의 상방향 유동이 차단되어 격벽부(230) 상부부터는 다시 제1 수직관(222)에서 제2 수직관(224) 방향으로 배양액이 유동하게 된다.

즉, 배양액의 충진 과정에서 격벽부(230)의 위치에 도달하면 배양액의 유동 방향이 수평 방향으로 반대 방향으로 전환될 수 있다. 만일 격벽부(230)가 제1 수직관(222)과 제2 수직관(224)에 서로 상이한 위치에 교대로 복수 개 구비되면 배양액의 유동 방향이 지그재그 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라서, 일 측에만 미세조류가 밀집되어 배양되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명에 따른 미세조류 공급 시스템은 미세조류 연속 배양 장치를 이용하여 미세조류를 농작물의 생육지 등에 공급하는 소정의 공급 시스템으로 구성된다. 이에 따라서, 본 발명에 따른 미세조류 공급 시스템은, 설명한 미세조류 연속 배양 장치에 대해서, 미세조류를 외부로 공급하는 공급용 수단과, 미세조류가 공급되는 공급지의 생육 환경을 파악하는 소정의 센서 장치를 더 포함할 수 있다.

공급용 수단은, 앞서 설명한 바와 같이, 순환 탱크(100)에 연결되는 배출 관로(110), 및 노즐(120)일 수 있다. 아울러, 공급지의 생육 환경을 파악하는 센서 장치는 예컨대 토양의 산도, 건조도, 영양분 등을 파악할 수 있는 소정의 센서로 구성될 수 있다.

센서 장치는 공급지의 토양 등에 설치되며, 미세조류 연속 배양 장치의 제어부(600)에 연결되어, 공급지에 미세조류의 공급이 필요하다고 판단될 경우 제어부(600)에 신호를 전달하여, 미세조류가 공급지에 공급되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 미세조류 연속 배양 장치는 미세조류의 생장에 최적의 환경을 지속적으로 제공하며, 단위면적 당 미세조류 생산 효율을 향상시키고 계절 및 환경 변화에 관계 없이 높은 미세조류 생산 효율을 유지할 수 있다.

또한, 수평관(212)과 수직관(222, 224)을 갖는 배양 모듈(200)의 구조에 따라서, 배양액이 중력 방향의 반대 방향으로 순환함으로써, 배양 모듈(200) 내에 배양액이 높은 밀도를 가지며 완전히 충진될 수 있으며, 배양액이 충분히 유동하며 배양이 이루어질 수 있다.

아울러, 배양액의 온도, 유동 속도, 산소 농도, 배양액 농도, 및 배양액 내부의 미세조류의 밀도를 적절히 조절함으로써 미세조류의 생산 효율이 일정하게 유지될 수 있다.

아울러, 배양 모듈(200) 내의 수평관(212)을 연결하는 수직관 내부에는 격벽부(230)가 구비됨으로써, 배양액의 충진 방향이 1 회 이상 전환되어, 배양액의 지그재그 형태로 순환할 수 있다. 이에 따라서, 일 측에만 미세조류가 밀집되어 배양되는 것이 방지될 수 있다. 아울러, 단순히 수직관 내부에 격벽부(230)를 마련하는 간단한 구조만으로 배양액의 순환 방향을 전환시킬 수 있으므로, 설비의 설치 비용이 절감될 수 있다.

또한, 바이패스 라인(700)를 구비함에 따라서 미세조류의 밀도가 높아진 경우 배양액 및 미세조류가 우회하여 순환할 수 있으므로, 장치의 운영 안정도 및 미세조류의 생장 효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 미세조류 공급 시스템은, 공급지의 환경을 파악하여 미세조류의 공급 여부를 판단함으로써, 필요에 따라서 정확하게 미세조류를 공급지에 공급할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 미세조류 배양장치 및 미세조류 공급 시스템을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

100: 순환 탱크
110: 배출 관로
120: 노즐
200: 배양 모듈
210: 배양부
212: 수평관
220: 타워부
222: 제1 수직관
224: 제2 수직관
230: 격벽부
300: 연결 라인
310: 공급 연결관
320: 회수 연결관
330: 역류 방지 밸브
400: 펌프
500: 광 제공부
510: 루프
520: 발광 소자
600: 제어부
700: 바이패스 라인
710: 바이패스 밸브
720: 바이패스 유로
800: 온도 조절부
900: 버퍼 탱크
1000: 공급 탱크
1100: 정수 공급부

Claims (14)

1. 미세조류 연속 배양 장치에 있어서,
   배양액이 담겨지는 순환 탱크;
   상기 배양액이 내부에서 순환하며 미세조류가 배양되는 배양 모듈;
   상기 배양 모듈과 상기 순환 탱크를 연결하는 연결 라인;
   상기 연결 라인에 배치되어 배양액을 이송하는 펌프;
   상기 배양 모듈 하부와 상기 순환 탱크를 연결하는 바이 패스 라인;
   상기 배양액의 온도를 조절하는 온도 조절부; 및
   상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부;
   를 포함하며,
   상기 배양 모듈은,
   광투과성 재질로 형성되며 소정의 길이 및 내경을 갖는 복수 개의 수평관이 상하로 나란하게 배열되는 배양부, 및
   상기 배양부의 길이 방향 양단에 배치되어 상기 복수 개의 수평관을 상하로 연결하는 타워부를 포함하며,
   상기 연결 라인은, 상기 순환 탱크와 상기 타워부의 하부 사이를 연결하는 공급 연결관, 및
   상기 타워부의 상부와 상기 순환 탱크 사이를 연결하는 회수 연결관을 포함하고,
   상기 펌프는 상기 공급 연결관에 구비되어 상기 순환 탱크 내의 배양액이 상기 공급 연결관을 통과하여 상기 배양 모듈로 전달되도록 하여,
   상기 배양 모듈 내에서 배양액이 중력 방향의 반대 방향으로 순환하여 하부에 위치한 수평관부터 순차적으로 충진되도록 하고,
   상기 바이패스 라인은,
   상기 배양액이 상기 배양 모듈의 일 부분까지 충진된 후 상기 순환 탱크에 복귀 할 수 있도록, 상기 펌프의 후방의 상기 공급 연결관의 일 위치에 위치하는 바이패스 밸브, 및
   일 단이 상기 순환 탱크에 연결되고, 타단이 상기 바이패스 밸브에 연결되는 바이패스 유로를 포함하고,
   상기 온도 조절부는,
   상기 배양 모듈 내의 배양액의 온도를 감지하는 온도 감지 센서, 및
   상기 배양액의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절용 소자를 포함하며,
   상기 제어부는 상기 온도 감지 센서에서 감지한 배양액 온도를 이용하여 상기 온도 조절용 소자를 작동시키고,
   상기 온도 조절부는 상기 수평관의 최하단에 제공되는 미세조류 연속 배양 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 회수 연결관은,
   전단이 상기 배양 모듈의 상단에 연결되며, 후단이 상기 순환 탱크에 연결되되,
   상기 회수 연결관의 적어도 일 부분은 상기 배양부의 위치보다 높은 위치로 소정 길이 연장된 후 하방으로 연장되어,
   역 U 자형 관부가 마련되는 미세조류 연속 배양 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 타워부는,
   복수 개의 수평관부 사이의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되어 상하 공간을 구분하는 격벽부를 포함하여,
   상기 배양액이 상기 수평관에 충진되는 방향이 1 회 이상 전환되는 미세조류 연속 배양 장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 순환 탱크에 연결되며 내부에 버퍼액이 담겨지는 버퍼 탱크;를 더 포함하며,
   상기 제어부는 상기 순환 탱크의 미세조류 밀도를 감지하여 소정의 기준 이상의 밀도가 감지되면 상기 버퍼액을 상기 순환 탱크에 공급하는 미세조류 연속 배양 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 배양부 내의 미세조류에 배양광을 제공하는 광 제공부를 더 포함하고,
   상기 광 제공부는,
   상기 배양 모듈 외측에 배치되는 소정의 벽체, 및
   상기 벽체에 설치되며 소정의 파장의 광을 생성하는 복수 개의 발광 소자를 포함하는 미세조류 연속 배양 장치.
8. 제7항에 있어서,
   복수 개의 상기 발광 소자는 나란히 배열되는 상기 수평관의 중앙 부분에 위치되는 미세조류 연속 배양 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 광 제공부는 상기 배양 모듈의 일측에 제공되어 태양광을 상기 배양 모듈을 향해 반사시키는 반사 수단을 포함하는 미세조류 연속 배양 장치.
10. 제1항, 제3항, 제4항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 미세조류 연속 배양 장치; 및
    상기 미세조류 연속 배양 장치와 연결되어 농작물의 생육지에 상기 미세조류를 공급하는 공급용 수단;을 더 포함하는 미세조류 공급 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 순환 탱크에 연결되며, 상기 순환 탱크로부터 제공되는 미세조류 배양액을 제공받아 희석시키는 공급 탱크를 더 포함하고,
    상기 공급용 수단은 상기 공급 탱크에 연결되어 상기 공급 탱크에서 희석된 미세조류 배양액을 농작물의 생육지에 공급하는 미세조류 공급 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 순환 탱크와 상기 공급 탱크를 연결하는 연결 유로; 및
    상기 연결 유로에 제공되어 상기 연결 유로를 선택적으로 개방하는 공급 조절 밸브를 더 포함하고,
    상기 공급 탱크는 상기 순환 탱크의 배양액이 중력에 의해 유입될 수 있도록 상기 순환 탱크보다 낮은 높이를 가지며,
    상기 제어부는 상기 순환 탱크의 미세조류 밀도를 감지하여 소정의 기준 이상의 밀도가 감지되면 상기 공급 조절 밸브를 개방하여 배양액을 상기 공급 탱크로 유입시키는 미세조류 공급 시스템.
13. 제11항에 있어서,
    상기 순환 탱크 및 상기 공급 탱크에 정수를 공급하는 정수 공급부를 더 포함하는 미세조류 공급 시스템.
14. 제11항에 있어서,
    상기 순환 탱크 및 상기 공급 탱크에는 배양액을 혼합할 수 있는 혼합 수단을 구비하는 미세조류 공급 시스템.

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