KR20100010921A - The oxygen generator for indoor air purification using micro algae - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기존의 산소발생기와는 전혀 개념이 다른 바이오 물질을 이용한 산소발생기로서 광합성을 하는 미세조류를 이용하여 실내에 과잉으로 존재하는 이산화탄소를 공급하여 미세조류를 성장시키고 광합성을 하는 동안 미세조류가 생산하는 산소를 실내에 공급되도록 함으로서 실내 공기를 정화시킬 수 있도록 하는 기술이다.The present invention is an oxygen generator using a biomaterial that is completely different from the conventional oxygen generators. The microalgae is grown by supplying carbon dioxide that is excessively present in the room by using microalgae that photosynthesize to grow microalgae and photosynthesis. It is a technology to purify indoor air by supplying the oxygen produced to the room.
실내에 부족한 산소를 공급하기 위한 산소발생기 관련 장치들은 많이 있으며 지금까지 출원된 산소발생기 특허는 1)10-2004-0021354 엘지전자 공기조화기용 산소발생기 2) 10-2005-0104472 주식회사 씨앤케이 산소발생기 3) 10-2005-0075978 삼성전자 산소발생기 4) 10-2000-0068067 엘지전자 산소발생기 5) 10-2002-0029790 산소발생기능을 갖춘 공기조화기 6) 10-2008-0111721 주식회사 옥서스 산소발생기등 있으나 특허 출원 내용은 대부분 다공성 제올라이트 물질에 압력을 가하여 공기 중에 존재하는 질소와 산소를 분리하여 산소를 발생시키는 구조에 국한되어 출원이 되어 있는 상황이다. 본 발명은 종래의 기계식 공기 압축과 제올라이트를 이용한 산소발생기와는 개념이 완전히 다른 바이오 생명체 물질인 미세조류의 광합성 현상을 이용하여 실내의 과잉 이산화탄소를 공급하고 미세조류가 광합성 하면서 발생시키는 산소를 실내에 공급하여 실내 공기를 정화시키는 장치이며 본 발명과 유사한 장비는 아직 없다. 본 발명은 현미경으로만 볼 수 있는 아주 작은 미세조류(micro algae)를 이용하여 일정한 공간에서 성장시킴으로서 미세조류가 광합성을 하면서 내부에 있는 엽록체가 광 반응을 일으킬 경우 이산화탄소를 소모하고 산소를 발생시키는 원리를 이용하여 실내 과잉 이산화탄소를 제거하고 산소를 공급할 수 있도록 장치를 구성하였다. There are many oxygen generator-related devices for supplying insufficient oxygen to the room. Patents for oxygen generators so far applied are: 1) 10-2004-0021354 Oxygen Generator for LG Electronics Air Conditioner 2) 10-2005-0104472 C & K
실내 공기 질을 향상시키기 위해서 과잉 이산화탄소를 소모할 수 있도록 하고 산소를 발생시키도록 하기 위한 가장 효율적이고 안전한 방법은 미세조류의 광합성 원리를 이용하는 것이다. 지구상에 존재하는 미세조류는 해양 미세조류와 담수 미세조류가 있으며 어떤 미세조류든지 성장을 할 때 빛과 이산화탄소에 의한 광합성 작용을 하면서 성장하면서 산소를 배출하기 때문에 이러한 현상을 잘 이용하면 매우 효율적이고 안전한 실내 공기 정화용 산소발생기를 만들 수 있다.The most efficient and safe way to consume excess carbon dioxide and generate oxygen to improve indoor air quality is to use the microalgae photosynthesis principle. Microalgae that exist on the earth are marine microalgae and freshwater microalgae, and when any microalgae grows, they emit oxygen while growing by photosynthetic action by light and carbon dioxide. It is possible to make an oxygen generator for indoor air purification.
담수용 미세조류가 광합성을 잘하도록 조건을 만들어 주어야 하는데 미제조류 내부에 존재하는 엽록체의 광 반응에 가장 적합한 파장인 430nm 와 680nm 파장의 엘이디를 광원으로 사용하면 매우 효율적인 광합성이 일어나고 소모하는 이산화탄소도 많아지고 산소발생량도 많아지게 된다. 몰론 일반 실내 형광등이나 외부 햇빛에 실내도 유입 반사되어 공급이 되어도 광합성이 일어난다. 본 발명은 낮이나 밤이나 광합성이 잘 일어날 수 있는 조건을 자동으로 감지하여 조절을 할 수 있으며 실내 공기가 오염된 정도에 따라 광합성율을 증가하거나 감소시킬 수 있고 미세조류가 전부 성장이 완료되면 일부만 남겨두고 나머지는 건조시켜 주변 식물의 비료로 공급하거나 어항에 있는 물고기 먹이로 공급하게 함으로서 영속적으로 계속 사용할 수 있도록 하였다.Freshwater algae have to make conditions for photosynthesis well. When LEDs with wavelengths of 430nm and 680nm, which are the most suitable for the photoreaction of chloroplasts in uncooked algae, are used as a light source, photosynthesis is very efficient and many carbon dioxide is consumed. It also loses oxygen. Of course, photosynthesis occurs even when the indoors are supplied and reflected by indoor fluorescent lamps or outside sunlight. The present invention can automatically detect and control conditions that can cause photosynthesis well during the day or night, and can increase or decrease photosynthesis rate according to the degree of pollution of indoor air, and leave only a part of the microalgae after all growth is completed. The rest was dried and supplied either as fertilizer for surrounding plants or as fish food in a fishbowl for continued use.
본 발명으로 제작된 산소발생기는 실내공기 정화는 물론 부산물로 얻어지는 미세조류를 이용한 비료나 사료로 공급이 가능하므로 그 활용 가치는 매우 다양하다고 볼 수 있다.Oxygen generator produced according to the present invention can be supplied as a fertilizer or feed using microalgae obtained as a by-product as well as indoor air purification can be seen that its utilization value is very diverse.
미세조류를 이용한 산소발생기 구조는 일정한 용량을 갖는 용기(1)에 물(2)과 일정한 농도의 미세조류(3)를 투입한 후 미세조류가 광합성을 할 수 있도록 실내 공기(30) 중 이산화탄소(4a)만을 따로 포집하여 공급해 줄 수 있는 .장치를 부착하였다. 공기 공급 장치(100a)는 일단 실내 공기를 미세조류가 배양될 수 있는 용기로 공기를 흡입하는 기능을 담당하며, 흡입된 공기는 산소와 질소(40) 이산화탄소(4a)가 혼합되어 있는 상태이므로 흡입된 공기 중 이산화탄소만을 선택적으로 통과할 수 있는 전용 필터(200a)를 사용하여 공기 중 이산화탄소(4b)만을 미세조류 배양기 쪽으로 보내도록 구성하였다. 필터를 통과한 이산화탄소가 배양기 쪽으로 공급되게 하는 수단으로서 0.5mm 홀을 갖는 스파저(6)를 이용하여 배양기 내부로 이산화탄소가 기포(5)로 존재하여 균일하게 공급이 되도록 하였다. 실내 공기 흡입용 펌프(100a)로는 소형 진공 펌프를 사용하였다. 광합성용 광원으로는 실내 형광등(300) 특정 파장의 엘이디(400a) (400b)를 사용하여도 된다. 미세조류는 내부에 존재하는 엽록소 a, 엽록소 b에 잘 반응하는 680nm 파장의 엘이디(400a)와 430nm 파장의 엘이디(400b)를 장착하여 광합성 효과를 극대화 하여 산소발생량과 이산화탄소 소모량을 최대로 할 수도 있도록 구성되어있다. 미세조류 배양 속도는 광합성 정도에 따라 결정이 되므로 광량이 풍부하고 공급되는 이산화탄소가 풍부하면 활발 한 광합성이 생성되어 산소 발생을 많이 하게 되므로 실내 공기 중 과잉 이산화탄소가 존재하면 공기 중으로 노출된 이산화탄소센서(10a)가 실내 공기 중에 존재하는 이산화탄소 농도를 감지한 후 이산화탄소 농도가 설정 값 보다 과잉인 경우 실내 공기 흡입용 펌(100)프를 가동시켜 과잉 이산화탄소를 미세조류 배양기 쪽으로 공급하도록 하고 미세조류는 공급된 이산화탄소를 이용하여 미세조류 배양기 주위의 빛을 이용하여 광합성을 하면서 이산화탄소를 소비하고 광합성 결과로 산소(20)를 방출하게 된다. 실내 공기 중 이산화탄소 양이 설정 값과 동일하거나 적을 경우 미세조류 배양기 내부로 유입되는 이산화탄소 공급용 펌프 동작을 멈추면 미세조류 광합성 반응이 매우 서서히 진행되므로 실내로 공기 방출이 매우 적게 된다. 실내 빛 에너지가 적거나 많은 경우는 배양기 외부에 부착된 CdS 광 센서(70)가 실내 빛 에너지 유무를 감지하고 실내에 갑자기 이산화탄소 양이 많아지게 되는 경우에는 이산화탄소 감지 센서가 이를 감지한 후 제어기(700)가 실내 공기 흡입용 펌프를 가동시키도록 하며 광합성을 매우 활발하게 진행하도록 유도할 수 있는 430nm와 680nm 엘이디를 동시에 동작시켜 광합성 작용을 극대화 함으로서 실내에 존재하는 이산화탄소의 양을 최대로 소모함과 동시에 많은 양의 산소를 다량으로 배출하게 되도록 한다. 미세조류 성장 조건은 온도, 이산화탄소, 영양분 및 빛에너지이므로 온도는 인간이 거주하는 실내온도인 20~30도 사이에서잘 성장하는 클로렐라를 선정하였고 영양분은 음식물 쓰레기를 건조시켜 분쇄한 것을 미세조류 먹이로 먹이 투입구(80)를 통하여 적당량 공급함으로서 미세조류 배양 속도를 조절할 수 있도록 구성하였다. 미세조류인 클로렐라가 성장할 때 단위 체적당 개체수가 많아지게 되 면 육안으로 보아도 색이 짙어지므로 짙어지는 농도를 측정할 수 있는 컬러센서(90)와 미세조류 배양기 내부에 장착된 산소센서60)에서 감지되어지는 산소농도 데이터와 공기 중 이산화탄소를 측정하는 센서(10a)데이터와 미세조류 배양기 내부에 존재하는 이산화탄소 센서(10b) 데이터를 제어기로 보내어 가장 최적의 산소 발생량이 실내로 유입될 수 있도록 구성하였다. 미세조류가 광합성하면서 발생하는 산소(20a)가 실내로 방출이 될 수 있도록 소형 팬(50)을 배양기 상부에 장착하였으며 배양기 밖으로 배출되는 가스는 미세조류 쪽으로 공급된 이산화탄소 중 미세조류가 광합성을 하지 못하여 남은 잉여 이산화탄소(4d)와 산소(20b)r가 혼합된 가스(50) 상태로 방출되므로 실내로 배출되는 혼합가스(50)를 초소형 공기 흡입기(100b)를 이용하여 흡입시키면서 이산화탄소만 필터링 하는 기능을 갖는 필터 (200b)를이용하여 다시 미세조류 배양기 쪽으로 유입이 되고 필터를 거치지 못한 산소(20ㅊ)는 실내로 방출이 되도록 하였다. Oxygen generator structure using a microalgae is a carbon dioxide (in the indoor air 30) so that the microalgae photosynthesis after the water (2) and a constant concentration of the microalgae (3) in the container (1) having a
미세조류 대규모 배양 시설에서 광합성 시 발생하는 대량의 산소 발생을 포집하여 산소 탱크에 압축 저장하는 기술이 접목되면 미세조류 배양 후 얻어지는 바이오디젤 원료와 부산물로 얻어지는 영양보조식품 원효는 물론 미세조류 배양 시 자연적으로 생성되는 산소를 산업용으로 연계하여 산소 발생과 포집을 할 수 있으므로 매우 경제적으로 산소를 생산할 수 있는 용도에도 적용이 가능하다.Microalgae When a large-scale cultivation facility combines the technology of capturing a large amount of oxygen generated during photosynthesis and compressing and storing it in an oxygen tank, the biodiesel obtained from microalgae cultivation and the nutritional supplement obtained from by-products are naturally used during microalgae cultivation. It is possible to generate and collect oxygen by linking the oxygen generated by industrial use, so it can be applied to the use that can produce oxygen very economically.
1 : 미세조류 배양기1: microalgae incubator
2 : 물2: water
3 : 미세조류3: microalgae
4a : 실내공기 중 이산화탄소4a: CO2 in indoor air
4b : 실내공기에서 필터링 된 이산화탄소4b: CO2 filtered in indoor air
4c : 광합성에 소요되고 남은 잉여 이산화탄소4c: surplus carbon dioxide left for photosynthesis
4d : 필터링 된 이산화탄소4d: filtered carbon dioxide
4a : 실내공기 중 이산화탄소4a: CO2 in indoor air
5 : 스파저를 통해 공급된 이산화탄소 기포5: carbon dioxide bubble supplied through the sparger
6 : 스파저6: sparger
7 : 제어기7: controller
10a : 실내공기 감지용 이산화탄소 센서10a: CO2 sensor for indoor air detection
10b : 배양기 내부 공기 감지용 이산화탄소 센서10b: CO2 sensor for detecting air inside the incubator
20a : 실내로 방출되는 산소20a: Oxygen released into the room
20b : 배양기에서 방출되는 이산화탄소와 혼합된 산소20b: Oxygen mixed with carbon dioxide released from the incubator
20c : 이산화탄소 필터를 거쳐 배출되는 산소20c: oxygen discharged through a carbon dioxide filter
30 : 실내 오염된 공기30: indoor contaminated air
40 : 실내 오염된 공기 중에 존재하는 산소와 질소40: Oxygen and nitrogen present in indoor contaminated air
50 : 배양기에서 배출되는 산소와 이산화탄소 혼합 가스50: mixed oxygen and carbon dioxide gas from the incubator
60 : 배양기 내부에 위치한 산소센서60: oxygen sensor located inside the incubator
70 : 빛의 세기를 감지하는 광 센서70: light sensor for detecting light intensity
80 : 미세보류 배양용 먹이 투입구80: feed hole for microhold culture
100a : 실내공기 흡입용 진공 펌프100a: Vacuum pump for indoor air suction
100b : 미세조류 배양기 쪽으로 이산화탄소 공급하는 펌프100b: pump for supplying carbon dioxide to the microalgal incubator
200a : 실내공기 중 이산화탄소만 선택적으로 필터링하는 필터200a: Filter for selectively filtering carbon dioxide in indoor air
300 : 실내 형광등300: indoor fluorescent lamp
400a : 엽록소 a 광합성 전용 680nm 파장의 엘이디 400a: chlorophyll a photosynthetic dedicated 680nm wavelength LED
400b : 엽록소 b 광합성 전용 430nm 파장의 엘이디 400b: chlorophyll b photosynthesis only 430nm wavelength LED
500 : 실내로 발생된 산소를 공급하는 송풍용 팬 500: Blowing fan to supply oxygen generated indoors
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