KR20110002306A

KR20110002306A - 복합발전장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기

Info

Publication number: KR20110002306A
Application number: KR1020090059828A
Authority: KR
Inventors: 이철균; 김지훈
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-07
Also published as: KR101087616B1

Abstract

본 발명은 복합발전장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기에 관한 것으로, 파력을 이용한 발전 장치, 풍력을 이용한 풍력 발전 장치, 조수간만이나 해류를 이용한 조류발전과 미세조류 배양을 동시에 가능한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기를 제공하거나, 파력, 조류, 풍력을 이용한 발전 장치와 미세조류 배양을 동시에 가능한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기는 플라스틱이나 고분자 재질 혹은 해수의 출입이 가능한 반투과막으로 제작된 반응기로서, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하는 배양주머니; 상기 배양주머니를 해수 표면이나 해저의 일정위치에 설치시키기 위해, 발전 장치 수직기둥에 연결되며, 서로 소정의 간격으로 유지하고, 발전 장치의 수직 기둥에 연결하거나 수직 수평으로 규모 확대를 위한 로프; 고정화 수단인 동시에 해양에서 풍력, 파력, 조류을 이용한 전기에너지 생산이 가능한 발전장치가 구비된 발명이다. 파랑에너지를 전기에너지로 전환시키는 파력발전장치, 조류를 이용한 조류 발전장치, 바람에너지를 전기에너지로 전환시키는 풍력발전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

복합 발전, 미세조류 배양, 해양에너지

Description

복합발전장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기{Device for marine microalgae cultivation with multi-power generation}

본 발명은 파력, 조력, 조류의 해수 이용한 에너지 생산장치와 바람에너지를 이용한 에너지 생산장치를 복합시킨 복합발전장치와 해양 미세조류 배양 장치를 병합한 시스템으로 복합발전장치와 미세조류 배양 장치가 함께 구성되어 있어 동시에 두 가지 기능을 갖는 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 부양수단의 측면이나 하단부 사이사이에 해양 미세조류 배양 장치를 연결하고, 부양수단 상단 또는 하단부에 파력, 조력, 조류, 풍력 발전 장치를 설치하여 파도 및 바람에너지를 이용해 전기에너지를 생산할 뿐만 아니라 혼합이 필요한 미세조류 배양장치에도 혼합을 주어 해양 미세조류의 배양을 가능케하며, 별도의 미세조류 배양장치의 고정이 필요하지 않은 복합발전장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기이다.

최근 들어 화석에너지의 고갈로 인한 대체에너지의 요구도는 점점 증가하고 있다. 또한 무분별한 화석 연료의 사용으로 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 농도는 점차 증가하여, 전 세계적으로 적극적인 감축의 노력을 하지않는 다면 인류의 생존을 위협하게 될 것이다. 이에 대한 해결책으로 청청에너지로서 파력, 태양열, 풍력, 바이오에너지등의 생산에 대한 관심과 기술에 대한 요구도가 증가하고 있고, 특히 파력발전은 파도의 상하운동 에너지를 이용해서 동력을 얻어 발전(發電)하는 방법이다. 파력발전에는 여러 방법이 있는데, 한 가지 예를 들면 발전기 진자(흔들이) 전구 등을 내장한 부표를 만들고 이것을 물에 띄워 파도치는 대로 동요시켜서 부표 속에 장치한 진자의 움직임을 포착하여 회전운동으로 바꾸고 기어를 통해서 속도를 올려 발전기를 회전시키는 방식이 있다. 이 방식에서는 파고(波高) 40 cm에서 10 W 정도의 전력이 얻어진다. 파력발전의 예로서 상하움직이는 피스톤 방식의 발전 장치, 진동 수주형 발전장치, 해상에 부유한 상태에서 관절 작용에 의한 발전 장치가 있다.

그러나, 종래에는 심한 출력 변동과 대규모 발전 플랜트를 해상에 계류시키는데 기술적인 어려움이 있고 입지 선정이 까다로우며, 구조가 복잡하여 설치가 용이하지 않아 전력 생산의 효율이 크지 않아 고가인 문제점이 있다.

조류발전은 물살이 빠른 곳에 수차발전기(터빈)를 설치해 전기를 생산하는 것을 말한다. 자연적인 조류 흐름을 그대로 이용한다는 점에서, 댐에 바닷물을 가뒀다가 흘려보내면서 낙차를 이용해 터빈을 돌려 전기를 만드는 조력발전과 구분된다. 조류발전은 저수지(조지)를 확보하기 위해 댐을 막을 필요가 없고, 선박 다니기가 자유로우며 어류의 이동을 방해하지 않고 주변 생태계에 영향을 주지 않는 환경친화적 대체에너지 시스템이다.

또한, 풍력발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 우리가 유용하게 사용할 수 있는 전기에너지로 바꿔주는 장치로서 불어오는 바람은 풍력발전기의 날개를 회전시키고 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산하여 우리가 사용하게 되는 것이다. 일반적으로 풍력발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되며, 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다. 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시키고 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.

이러한, 풍력 발전기는 기상상태의 영향에 지배되므로, 바람이 없는 경우에는 발전이 불가능한 문제점이 있다.

또한, 광생물 반응기 역시 종래에는 주로 실내에 설치되는 여러 형태의 광생물 반응기가 미세조류를 배양하기 위한 배양설비로 사용되고 이와 같은, 광생물 반응기는 대부분 빛의 투과성을 증대시키고 멸균처리가 가능한 고가의 파이렉스(pyrex)와 같은 유리나 이를 응용한 재질로 만들어지고, 인공적인 조명수단이 갖추어져야 함에 따라, 제작을 위해 많은 자본과 기술이 투자되어야 하며, 제작 후에도 유지보수와 운영에 많은 비용을 필요로 한다. 이와 같은 광생물 반응기는 규모를 확대하는데 많은 비용이 필요할 뿐만 아니라 넓은 공간을 필요로 함에 따른 공간적 제약 또한 수반된다. 나아가, 미세조류 배양을 위한 배지를 조제하여 공급해주고 주기적으로 교환해주어야 하며, 미세조류가 성장하면서 배출하는 배설물과 성장을 방해하는 대사 산물을 제거해주어야 한다. 즉, 제작비용과 공간적 제약에 더하여 관리 및 운영에 많은 인력과 장비 및 비용을 필요로 하는 문제점이 있 다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위해 고가인 파력, 조력, 조류 발전기 및 고가의 광생물 반응기에 경제성을 확보시키고, 바람이 없는 기상상태에서도 풍력 이외의 파력, 조류 발전을 통해 발전이 가능하여 지속적인 발전이 가능한 경제적 장치가 필요하고 이를 위해 파력, 조류 및 풍력 발전 장치를 동시에 갖는 복합 발전 장치가 필요하고 또한 이러한 복합 발전 장치와 미세조류 대량 배양기술과의 병합이 절실히 필요한 실정이라 하겠다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 파력을 이용한 발전 장치와 바람을 이용한 풍력 발전 장치 및 미세조류 배양을 동시에 가능하게 하는 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 해수에너지를 이용한 파력, 조류 발전 장치와 바람에너지를 이용한 풍력 발전 장치를 동시에 구비하거나 선택적으로 한두가지의 발전장치와 결합하여, 미세조류 배양 또한 동시에 가능한 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기는 해수가 출입되는 동시에 해양 미세조류의 투과가 차단되는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성되는 배양주머니, 상기 배양주머니를 태양광에 노출되도록 해수면 근처에 위치시키기 위해 상기 배양주머니에 연결되며, 서로 소정의 간격으로 유지되는 적어도 한 쌍의 연결지점을 구비하는 부양 수단, 상기 부양 수단에 위치하며, 파랑에너지를 전기에너지로 전환시키는 파력발전장치, 및 상기 부양 수단의 상단부에 위치하며, 바람에너지를 전기에너지로 전환시키는 풍력발전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 풍력 발전 장치는, 상기 부양 수단의 상단에 위치하는 수직기둥, 상기 수직 기둥의 상단부에 풍향에 따라 회전가능하게 결합된 발전기, 상기 발전기의 전방에 회전가능하게 샤프트를 통해 연결된 회전날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파력 발전 장치는, 상기 부양 수단의 상단에 위치하는 지지대; 및 상기 지지대의 중심으로 회전가능한 진자를 포함한 회전체를 포함하는 진자형 파력 발전 장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파력 발전 장치는, 상기 부양 수단의 하단부에 연결되고, 파도의 상하 왕복운동을 회전운동으로 변환시켜 회전 운동에 따라 전기 에너지를 발생시키는 회전 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부양 수단 사이에 설치되어, 조류에 의해 회전이동하는 복수의 발전 날개를 구비한 조류 발전 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배양주머니의 내부 또는 외부에 배치되어, 상기 배양주머니의 입체적 형상을 유지하는 형상유지 틀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배양주머니와 상기 부양 수단은 길이조절이 가능한 하나 이상의 로프로 연결되며, 상기 배양주머니의 하부에 매달리는 무게추를 더 포함하여, 상기 로프의 길이조절과 상기 무게추에 의해 상기 배양주머니가 설치되는 수심을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배양주머니의 하부에 연결되는 기체공급관, 및 이 기체공급관을 통해 외부공기를 상기 배양주머니에 공급하는 기체공급수단을 더 포함하여, 기포에 의한 혼합작용으로 상기 배양주머니 내에서 해양 미세조류가 고르게 분산될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 최하부에 위치하는 배양주머니를 포함하는 하나 이상의 상기 배양주머니에 매달리는 하나 이상의 무게추를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 둘 이상의 상기 배양주머니가 상기 부양 수단의 길이방향으로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 길이방향으로 배열된 상기 배양주머니의 하부에 연결되어 둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부양 수단, 상기 배양주머니 및 상기 무게추 중 어느 하나에 매달린 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또 다른 해결수단으로서 기존에 설치된 발전장치를 이용할 수도 있고, 이를 위한 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기는 해수가 출입되는 동시에 해양 미세조류의 투과가 차단되는 고분자 재질, 플라스틱 백 또는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성되는 배양주머니; 상기 배양주머니를 태양광에 노출되도록 해수면 근처에 위치시키기 위해 상기 배양주머니에 연결되며, 서로 소정의 간격으로 유지되는 적어도 한 쌍의 연결지점을 구비하는 부양 수단; 및 상기 부양 수단과 연결부로서 연결되고, 하부가 해저면에 고정된 수직기둥을 포함하는 발전장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발전장치는 상기 수직 기둥의 상단부에 풍향에 따라 회전가능하게 결합된 발전기; 상기 발전기의 전방에 회전가능하게 샤프트를 통해 연결된 회전날개를 포함하여 풍력 에너지를 전기에너지로 전화시키는 풍력 발전장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수직기둥의 해수면 아래에 위치하고, 파랑의 움직임에 따라 회전하는 회전 날개를 포함하는 조류 발전장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 해수에너지를 이용한 파력, 조류 발전 장치와 바람에너지를 이용한 풍력 발전 장치를 미세조류 배양 장치를 병합함으로서, 발전 장치에 해양 미세조류 배양을 위한 배양 장치를 발전 장치의 측면과 하단 혹은 발전 장치 사이사이에 연결하여 설치함으로서, 청정에너지인 바람과 파도를 이용하여 전기를 생산하고 미세조류 배양을 동시에 가능하게 하는 발명으로서, 해상에 부양된 상태에서 발전을 하므로 넓은 바다를 이용할 수 있어 공간의 제약이 없고, 해양 미세조류 배양도 공간적 제약을 받지 않고 대량으로 배양가능하도록 하는 발명이다. 따라서 고가의 파력 및 조류 발전 장치에 경제성을 부여하며, 해수에너지 이외에도 바람에너지를 이용하여 풍력 발전도 동시에 가능하게 하며, 이러한 복합 발전 장치를 통해 바람이 없는 기상 상태에서도 전기를 생산할 수 있어 경제적이고, 미세조류를 해양에서 배양하기 위해 배양 주머니의 별도의 고정 장치가 필요하지 않으며, 파도의 흔들림에 따라 배양 주머니가 같이 움직임으로 미세조류의 혼합을 증진시켜, 미세조류 배양의 효율을 증대 시킬 수 있다. 또한 현재 설치된 해양 발전장치에 미세조류 배양 장치를 설치하는 것이 방법도 가능하며, 발전장치와 미세조류 배양 장치를 함께 설치하는 것도 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합 발전 장치를 구비한 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기는 대규모화에 따른 공간적 제약을 획기적으로 극복할 수 있는 바다에 설치된다. 즉, 바다에 부양식으로 설치되어 해양 미세조류를 격리된 상태로 대량배양하고 파랑에너지를 이용하여 파력발전과 바람에너지를 이용한 풍력발전을 동시에 가능하게 하기 위한 용도로 사용된다.

본 발명에 따른 광생물 반응기는, 도 1에 도시한 바와 같이, 배양주머니(10)와, 이 배양주머니를 태양광에 노출될 수 있도록 해수면 근처에 위치시키기 위해 배양주머니(10)와 연결되는 부양 수단(30), 부양 수단(30)에 위치하며, 상기 파랑에너지를 전기에너지로 전환시키는 파력발전장치(80), 및 부양 수단(30)의 상단부에 위치하고 바람에너지를 전기에너지로 전환시키는 풍력 발전 장치(100)를 포함한다.

파력발전장치(80)는 공기터빈식 파력발전, 부체식 파력발전, 진자형 파력발전, 회전식 파력발전 등 모든 종류의 포함할 수 있고,

풍력 발전 장치(100)도 하기에 기재되는 풍력 발전기에만 국한되는 것은 아니다.

구체적인 실시예로서 풍력 발전 장치(100)는 부양 수단의 상단에 위치하는 수직기둥(101), 수직 기둥의 상단부에 풍향에 따라 회전가능하게 결합된 발전기(102), 발전기의 전방에 회전가능하게 샤프트를 통해 연결된 회전날개(103)를 포함한다. 회전날개(103)에 바람의 운동에너지가 전달됨으로써 발전기(102)에 회전력 이 샤프트를 통해 전달되고, 발전기(102)는 전달받은 회전력으로 전기를 발생시키게 된다.

배양주머니(10)는 해수의 출입이 가능한 가운데 해양 미세조류의 투과가 차단되는 고분자 재질, 플라스틱 백, 또는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성된다. 그리고, 배양주머니(10)은 그 내부 또는 외부에 배치되어 배양주머니의 입체적 형상을 유지하는 형상유지 틀(20)을 더 포함할 수도 있고, 이는 배양공간을 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.

배양주머니(10)가 해수의 출입이 가능한 가운데 해양 미세조류의 투과가 차단되는 반투과막으로 제조된다는 것은 본 발명의 가장 주요한 특징이라 할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 해수의 출입이 가능하다는 것은 우선 유입되는 해수에 녹아 있는 영양염류를 미세조류 배양에 필요한 양분으로 사용할 수 있고, 따라서 미세조류 배양을 위해 별도로 배지를 조제하여 공급해 줄 필요가 없다는 것을 의미한다. 또한, 미세조류가 성장하면서 배출하는 배설물과 성장을 방해하는 대사 산물이 해수에 녹아서 배출되는 해수와 함께 자연스럽게 제거됨에 따라, 배설물과 성장을 방해하는 대사 산물을 제거하기 위한 별도의 정화작업을 필요로 않으며, 배지의 교환 또한 필요로 하지 않는다. 나아가, 해수에 녹아있는 이산화탄소 역시 미세조류의 성장과정에서 일어나는 광합성에 사용되며, 광합성의 산물로 발생하는 산소는 반투과막을 통과하여 대기중으로 배출될 수 있다. 한편, 해양 미세조류의 투과가 차단된다는 것은 관리가능한 제한적인 공간에서만 해양 미세조류가 배양되며, 따라 서 미세조류의 대량번식에 의한 해양오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 적정수준의 배양이 이루어진 다음 용이하게 수확할 수 있다는 것을 의미한다.

부양 수단(30)은 배양주머니(10)를 태양광에 노출될 수 있도록 해수면 근처에 위치시키기 위한 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 서로 떨어져 배치되는 한 쌍의 부양 부재(35)와, 이 한 쌍의 부양 부재(35)를 소정의 간격을 유지하는 상태로 연결하는 연결프레임(37)으로 구성될 수 있다. 다만, 부양 수단(30)은 이와 같은 형태에 국한되지 않으며, 배양주머니(10)의 형상과 크기에 따라 다양한 변형이 가능하다 할 것이다.

구체적으로 도 2는 본 발명에 따른 하나의 실시예를 도시하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 파력발전장치(80)가 진자형 파력 발전 장치인 경우로서,

파력 발전 장치(80)는 지지대(81), 진자(82), 회전체(83), 발전기(84)를 포함하고,

지지대(81)는 부양 수단(30)의 상단부에 설치되고, 지지대(81)의 상단에 회전가능하게 설치된 회전체(83)와 회전체에 연결된 진자(82)는 파도에 의해 요동하게 되고, 이를 회전체(83)에 전달하여 회전체(83)의 회전을 통해 발전기(84)에서 회전에너지를 전기에너지로 변환한다.

회전체(83)는 진자(82)의 좌우 요동시에 일방향으로만 회전되도록 일방향 클러치를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 도 3은 도시된 바와 같이 파력발전장치(80)가 회전식 파력발전장치인 경우로서, 파력발전장치(80)는 부양 수단(30) 또는 배양 주머니(10)의 하단부에 설치되고, 회전식 파력 발전 장치(80)는 제1연결부재(84), 제2연결부재(85), 및 회전장치(86)를 포함하고, 제1연결부재(84)는 그 일측이 부양 수단(30) 또는 배양 주머니(10)의 하단부에 연결되며, 그 타측은 파도의 상하 왕복운동을 회전운동으로 변환시키는 회전장치(86)와 연결되고, 제2연결부재(85)는 그 일측이 회전장치(86)에 연결되고, 그 타측은 해저면에 고정되거나, 무게추(60)와 연결된다.

회전장치(86)는 제1연결부재(84)와 제2연결부재(85)의 나사산으로 형성된 나사부를 따라 파도의 상하운동으로 회전운동을 하게 되고, 회전장치(86)의 내부에 설치된 발전기에 의해 회전에너지를 전기에너지로 변환한다.

본 발명에 따른 다른 실시예로서, 도 4는 도시된 바와 같이 배양주머니(10)와, 이 배양주머니를 태양광에 노출될 수 있도록 해수면 근처에 위치시키기 위해 배양주머니(10)와 연결되는 부양 수단(30), 부양 수단(30)에 위치하며, 상기 파랑에너지를 전기에너지로 전환시키는 파력발전장치(80), 상기 부양 수단 사이에 설치되어, 조류에 의해 회전이동하는 복수의 발전 날개(91)를 포함한 회전기어(92)를 구비한 조류 발전 장치(90), 및 바람에너지를 전기에너지로 전환시키는 풍력발전장치(100)를 포함한다.

복수의 발전 날개(91)가 조류에 의해 자동으로 어느 한 방향으로 회전운동하 면서 발전 날개의 회전축(93)은 일정한 회전동력을 발생시키고 조류발전 장치(90)에 설치된 발전기에 의해 회전에너지를 전기에너지로 변환된다.

본 발명에 따른 다른 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이 조류 발전 장치(90)는 이송벨트(94)를 추가로 포함할 수 있고, 부양 수단 사이에 횡방향으로 설치된 복수개의 회전축(93) 및 회전축에 설치된 회전기어(92)를 따라 이송벨트(94)가 설치되고, 이송벨트(94)에 복수개의 발전 날개(91)가 부착되어 조류에 따라 발전 발전 날개(91)가 부착된 이송벨트(93)가 수평, 회전운동을 하고, 회전축(93)은 일정한 회전동력을 발생하여 조류발전 장치(90)에 설치된 발전기에 의해 회전에너지를 전기에너지로 변환된다.

조류 발전 장치(90)는 기재된 실시예에 국한되지 않고 다양한 종류의 조류발전기를 모두 포함할 수 있다.

*도 6은 본 발명에 따른 복합 발전 장치 및 기체공급수단을 구비한 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 6에 도시한 바와 같이, 배양주머니(10), 부양 수단(30), 파력 발전 장치(80), 조류 발전 장치(90), 및 바람에너지를 전기에너지로 전환시키는 풍력발전장치(100)를 포함하되, 배양주머니(10)의 하부에 연결되는 기체공급관(40), 및 이 기체공급관(40)을 통해 외부공기 를 배양주머니(10)에 공급하는 기체공급수단(50), 배양주머니(10)와 부양 수단(30)은 길이조절이 가능한 하나 이상의 로프(25)로 연결되며, 배양주머니(10)의 하부에 매달리는 무게추(60)를 더 포함한다.

따라서, 기체공급시 배양주머니(10) 내부의 배양공간은 기포에 의한 혼합작용으로 배양주머니(10) 내에서 해양 미세조류가 고르게 분산될 수 있도록 하여, 해양 미세조류의 배양환경이 양호하게 유지될 수 있도록 한다. 물론, 해류나 조석간만의 차 등으로 인한 해수의 유동에 의해 배양주머니(10)는 자연적으로도 양호한 혼합효과를 얻을 수 있는 경우가 많아 필요에 따라 더욱 바람직한 혼합작용이 요구될 경우에 선택적으로 채택되는 것이 바람직하며,

로프(25)의 길이를 조절하고 무게추(60)에 의해 균형을 잡도록 하여 배양주머니(10)가 설치되는 수심을 조절할 수 있도록 한다.

배양대상이 되는 해양 미세조류의 종류에 따라 생산할 수 있는 산물이 다를 뿐만 아니라, 광합성에 사용하는 태양광 광도와 해수 깊이에 따른 파장이 다르다. 또한, 수심에 따라 투과하는 태양광의 파장이 다르며, 따라서 배양주머니(10)의 설치 수심을 조절한다는 것은 배양대상이 되는 미세조류의 종류에 따라 배양주머니가 적절한 깊이에 위치하도록 한다는 것이다. 즉, 배양될 미세조류의 종류에 따라, 배양주머니가 해수면 근처에 위치하도록 하거나 일정 깊이의 수중에 위치하도록 할 수 있다.

또한, 부양 수단(30)에 매달리도록 연결된 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단(70)을 더 포함한다. 이와 같은 고정수단(70)은, 광생물 반응기가 해수의 이동에 따라 이동하는 것을 방지하여 관리가능한 제한적인 영역을 벗어나지 않도록 하기 위한 것으로서, 비중이 높은 재질로 만들어지는 것이 바람직하며, 닻(anchor)과 유사하게 해저면에 쉽게 고정될 수 있는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다 하겠다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 배양주머니(10), 부양 수단(30), 파력 발전 장치(80), 조류 발전 장치(90), 및 풍력발전장치(100)를 포함하되, 복수의 배양 주머니(10)가 상하로 서로 나란하게 배열된다. 배양주머니(10)의 수는 제한되지 않지만, 배양주머니(10)가 너무 깊은 곳에 위치할 경우 미세조류의 광합성에 필요한 태양광이 도달할 수 없다는 것을 고려하여, 적절한 깊이 이내에 위치하도록 제한될 필요가 있을 것이다.

또한, 이와 같은 배양주머니들 중 최하부에 위치하는 배양주머니를 포함하는 하나 이상의 배양주머니(10)에 매달리는 하나 이상의 무게추(60)를 포함한다. 최하부에 위치하는 배양주머니에만 또는 모든 배양주머니에 무게추(60)가 매달리는 형태 또한 가능하다 할 것이다. 즉, 최하부에 위치하는 배양주머니에는 전체적인 배열형태 및 균형유지를 위해 무게추(60)가 필수적으로 매달리도록 구성해야 하지만, 나머지 배양주머니에는 선택적으로 채택될 수 있다는 것이다.

또한, 부양 수단(30) 또는 최하단의 무게추(60)에 매달리도록 연결된 상태에 서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단(70)을 더 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광생물 반응기를 개략적으로 도시한 예시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 8에 도시한 바와 같이, 배양주머니(10), 부양 수단(30), 파력 발전 장치(80), 조류 발전 장치(90), 및 풍력발전장치(100)를 포함하되, 배양 주머니(10)의 양단에 연결되는 로프(25)를 통해 부양수단(30)에 연결되는 배양주머니(10)를 포함한다.

또한, 본 실시예에 따른 광생물 반응기는, 도 8에 도시한 바와 같이, 부양 수단(30)의 길이방향 규모확대와 더불어, 부양 수단(30)에 다수 쌍의 연결고리(39)를 구비하도록 하고, 쌍을 이루는 연결고리(39)에 각각 배양주머니(10)를 연결하는 방식으로 용이하게 규모확대가 가능함을 보여주고 있다. 별도로 도시하지는 않았지만, 부양 수단(30)의 폭방향 규모확대 및 길이방향으로 다수개의 부양 수단(30)이 복수개 연결된 형태의 길이방향 규모확대 또한 가능하며, 따라서 상업적인 대량배양을 위한 규모확대가 가능함을 예상할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 기존에 해양에 이미 설치된 발전장치를 이용하여, 이들 발전장치를 광생물 반응기의 고정수단으로서 이용할 수도 있는데, 도 9에 도시한 바와 같이, 발전장치를 고정시키는 수직 기둥(101)은 그 하부가 해저면에 고정되어 있고, 광생물 반응기는 연결부(204)로서 발전장치의 수직 기 둥(101)과 연결되어 이동범위가 제한되도록 고정된다.

여기서, 광생물 반응기를 고정시키는 기존에 이미 설치된 발전장치는 풍력 발전장치, 조력 발전장치, 조류 발전장치 등을 모두 포함하며 해저면에 발전장치를 지지하는 수직기둥(101)이 고정되어 있기만 하다면 모든 종류의 발전장치를 포함할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 해수면 위에 노출된 수직기둥(101)의 상부에는 풍향에 따라 회전가능하게 결합된 발전기(102), 발전기의 전방에 회전가능하게 샤프트를 통해 연결된 회전날개(103)를 포함하고, 회전날개(103)에 바람의 운동에너지가 전달됨으로써 발전기(102)에 회전력이 샤프트를 통해 전달되며, 발전기(102)는 전달받은 회전력으로 전기를 발생시키는 구조의 풍력 발전 장치가 설치될 수 있다.

또한, 해수면 아래쪽의 수직기둥(101)에는 물살의 흐름에 따라 터빈이 회전하여 전기를 생산하는 조류발전기(200)가 설치가능하고, 조류발전기(200)는 회전판(203)을 포함하는 터빈(204)을 구비한다.

그리고, 도 9에 도시된 바와 같이 기존에 설치된 발전장치를 이용하여 고정시킨 광생물 반응기의 경우에도 부양수단(30)의 길이방향 규모확대와 더불어, 부양수단(30)에 다수 쌍의 연결고리(39)를 구비하도록 하고, 쌍을 이루는 연결고리(39)에 각각 배양주머니(10)를 연결하는 방식으로 용이하게 규모확대가 가능하다. 또한, 부양 수단(30)의 폭방향 규모확대 및 길이방향으로 다수개의 부양 수단(30)이 복수개 연결된 형태의 길이방향 규모확대 또한 가능하며, 따라서 상업적인 대량배 양을 위한 규모확대가 가능함을 예상할 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기는, 우선, 해양에서 배양할 수 있는 모든 미세조류에 적용될 수 있을 것이다. 즉, 특히 바이오 에너지를 생산하기 위한 목적의 상업적인 미세조류 대량배양에 적합하며, 이 과정에서 지구온난화와 관련된 환경문제의 주범인 이산화탄소를 양적으로 의미를 갖는 정도로 소비함에 따라 친환경적이라 할 수 있고 설치비용면에서 고가여서 경제적 생산성이 문제되는 파력 발전 및 조류 발전 장치를 광생물 반응기와 복합적으로 설치함으로써 경제적 생산성을 향상시키고, 친환경 에너지를 생산할 수 있는 장점을 가진다.

그리고, 반투과막을 통해 해수에 함유되어 있는 영양염류가 유입되고, 해수와 함께 배설물과 성장을 방해하는 대사 산물이 제거된다. 따라서, 별도의 배지 공급과 교환이 필요치 않음에 따라, 운영에 필요한 인력과 비용이 현저히 절감된다 할 수 있을 것이다.

또한, 제작비용이 종래기술의 파력, 조류, 풍력 발전기, 및 광생물 반응기 각각을 제작하는 비용에 비하여 현저히 저렴하고, 본 발명에 따른 복합 발전기를 구비한 광생물 반응기는 바다에 설치됨에 따라 수평적 규모확대가 매우 용이하다 할 수 있으며,나아가, 수직적 규모확대가 가능함에 따라, 발전과 동시에 수심에 따라 다른 종류의 미세조류를 동시에 배양할 수도 있다. 즉, 배양주머니가 배치되는 깊이의 조절을 통해 미세조류의 생장이나 생산하고자 하는 대사 산물의 생산에 적 합한 조건을 확보할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기는, 지구는 육지보다 바다의 면적이 현저히 넓으며, 대한민국 역시 삼면이 바다로 둘러싸여 있음에 따라, 해양자원의 개발이 국가의 미래에 끼치는 영향은 대단하다 할 수 있을 것이다. 즉, 상대적으로 좁은 국토면적에 비하여 넓은 해양을 이용하여 국토이용효율을 극대화할 수 있는 무한한 활용가치를 갖는다 할 수 있을 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파력 및 풍력 발전 장치를 구비한 광생물 반응기의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진자형 파력 발전 장치를 구비한 광생물 반응기의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전식 파력발전장치를 구비한 광생물 반응기의 개략도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파력, 조류, 풍력 발전장치를 구비한 광생물 반응기의 개략도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파력 발전 장치, 이송벨트형 조류발전장치, 풍력 발전장치를 구비한 광생물 반응기의 개략도이다.

도 6은 본 발명에 따른 복합발전 장치 및 기체공급수단을 구비한 광생물 반응기의 개략도이다.

도 7은 본 발명에 따른 복수의 배양 주머니가 해수 속에 상하로 배열된 복합발전 장치를 구비한 광생물 반응기의 개략도이다.

도 8은 본 발명에 따른 복수의 배양 주머니가 부양 수단을 따라 수평 방향으로 나란히 배열되고, 수직방향으로도 나란히 배열된 복합발전 장치를 구비한 광생물 반응기의 개략도이다.

도 9는 본 발명에 따른 해저면에 고정된 복합 발전 장치에 연결된 광생물 반응기의 개략도이다.

Claims

해수가 출입되는 동시에 해양 미세조류의 투과가 차단되는 고분자 재질, 플라스틱 백 또는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성되는 배양주머니;

상기 배양주머니를 태양광에 노출되도록 해수면 근처에 위치시키기 위해 상기 배양주머니에 연결되며, 서로 소정의 간격으로 유지되는 적어도 한 쌍의 연결지점을 구비하는 부양 수단;

상기 부양 수단에 위치하며, 파랑에너지를 전기에너지로 전환시키는 파력발전장치; 및

상기 부양 수단의 상단부에 위치하며, 바람에너지를 전기에너지로 전환시키는 풍력발전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제1항에 있어서,

상기 풍력 발전 장치는,

상기 부양 수단의 상단에 위치하는 수직기둥;

상기 수직 기둥의 상단부에 풍향에 따라 회전가능하게 결합된 발전기;

상기 발전기의 전방에 회전가능하게 샤프트를 통해 연결된 회전날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광 생물 반응기.
제2항에 있어서,

상기 파력 발전 장치는,

상기 부양 수단의 상단에 위치하는 지지대; 및

상기 지지대의 중심으로 회전가능한 진자를 포함한 회전체를 포함하는 진자형 파력 발전 장치인 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제2항에 있어서,

상기 파력 발전 장치는,

상기 부양 수단의 하단부에 연결되고, 파도의 상하 왕복운동을 회전운동으로 변환시켜 회전 운동에 따라 전기 에너지를 발생시키는 회전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부양 수단 사이에 설치되어, 조류에 의해 회전이동하는 복수의 발전 날개를 구비한 조류 발전 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비 한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제5항에 있어서,

상기 배양주머니의 내부 또는 외부에 배치된 상태에서, 상기 배양주머니의 입체적 형상을 유지하는 형상유지 틀을 더 포함되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제6항에 있어서,

상기 배양주머니와 상기 부양 수단은 길이조절이 가능한 하나 이상의 로프로 연결되며,

상기 배양주머니의 하부에 매달리는 무게추를 더 포함하여,

상기 로프의 길이조절과 상기 무게추에 의해 상기 배양주머니가 설치되는 수심을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제6항에 있어서,

상기 배양주머니의 하부에 연결되는 기체공급관 및 상기 기체공급관을 통해 외부공기를 상기 배양주머니에 공급하는 기체공급수단을 더 포함하여, 기포에 의한 혼합작용으로 상기 배양주머니 내에서 해양 미세조류가 고르게 분산될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제6항에 있어서,

둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제9항에 있어서,

최하부에 위치하는 배양주머니를 포함하는 하나 이상의 상기 배양주머니에 매달리는 하나 이상의 무게추를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제6항에 있어서,

둘 이상의 상기 배양주머니가 상기 부양 수단의 길이방향으로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제11항에 있어서,

길이방향으로 배열된 상기 배양주머니의 하부에 연결되어 둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제12항에 있어서,

최하부에 위치하는 배양주머니를 포함하는 하나 이상의 상기 배양주머니에 매달리는 하나 이상의 무게추를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제 7 항에 있어서,

상기 부양 수단, 상기 배양주머니 및 상기 무게추 중 어느 하나에 매달린 상태에서 해저면에 고정되어 이동범위를 제한하는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
해수가 출입되는 동시에 해양 미세조류의 투과가 차단되는 고분자 재질, 플라스틱 백 또는 반투과막으로 제작되며, 해양 미세조류를 수용하는 배양공간을 제공하도록 입체적으로 형성되는 배양주머니;

상기 배양주머니를 태양광에 노출되도록 해수면 근처에 위치시키기 위해 상기 배양주머니에 연결되며, 서로 소정의 간격으로 유지되는 적어도 한 쌍의 연결지점을 구비하는 부양 수단; 및

상기 부양 수단과 연결부로서 연결되고, 하부가 해저면에 고정된 수직기둥을 포함하는 발전장치를 구비한 것을 특징으로 하는 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제15항에 있어서,

상기 발전장치는

상기 수직 기둥의 상단부에 풍향에 따라 회전가능하게 결합된 발전기;

상기 발전기의 전방에 회전가능하게 샤프트를 통해 연결된 회전날개를 포함하여 풍력 에너지를 전기에너지로 전화시키는 풍력 발전장치인 것을 특징으로 하는 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제16항에 있어서,

상기 수직기둥의 해수면 아래에 위치하고, 파랑의 움직임에 따라 회전하는 회전 날개를 포함하는 조류 발전장치를 구비한 것을 특징으로 하는 복합 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제17항에 있어서,

둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제17항에 있어서,

둘 이상의 상기 배양주머니가 상기 부양 수단의 길이방향으로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제19항에 있어서,

길이방향으로 배열된 상기 배양주머니의 하부에 연결되어 둘 이상의 상기 배양주머니가 상하로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.
제20항에 있어서,

최하부에 위치하는 배양주머니를 포함하는 하나 이상의 상기 배양주머니에 매달리는 하나 이상의 무게추를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 구비한 해양 미세조류 대량배양용 광생물 반응기.